DE10007686C1

DE10007686C1 - Hubverdrängermaschine

Info

Publication number: DE10007686C1
Application number: DE2000107686
Authority: DE
Inventors: Walter Robeller; Manuel Schoepke; Dieter Bertsch; Michael Gaumnitz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Moog GmbH
Priority date: 2000-02-19
Filing date: 2000-02-19
Publication date: 2001-08-23
Anticipated expiration: 2020-02-20

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Hubverdrängermaschine mit einem Kolbentriebwerk (10), das zumindest einen über eine Führungsfläche (12) in einem Zylinder (14) geführten Kolben (16) aufweist, der in axialer Richtung zu einer ersten Seite einen Druckraum (18) begrenzt und auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite mit einem Bauteil (20) über ein Befestigungsteil (24) verbunden ist, das radial innerhalb der Führungsfläche (12) angeordnet ist. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, daß das Befestigungsteil (24) stoffschlüssig mit dem Kolben (16) verbunden oder mit diesem einstückig ausgeführt ist und der Kolben (16) über das Befestigungsteil (24) zumindest formschlüssig mit dem Bauteil (20) verbunden ist.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Hubverdrängermaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind schnellaufende Radialkolbenpumpen bekannt, die in ei nem Gehäuse ein Triebwerk aufweisen. (vgl. beispielsweise Ta schenbuch für den Maschinenbau/Dubbel, 19. Auflage, Seite H9 Abb. 7). Das Triebwerk besitzt einen auf einem Steuer zapfen gelagerten, rotierenden Zylinderstern, in dem über den Umfang symmetrisch verteilt sieben Kolben radial verschiebbar angeordnet sind, die in Richtung Steuerzapfen jeweils einen Druckraum begrenzen. Die Kolben sind auf der vom Druckraum abgewandten Seite über Gleitsteine radial nach außen an einem verstellbaren Hubring abgestützt. Der Gleitstein weist eine Kugel auf, die drehbar in einer Kugelkalotte des Kolbens ge lagert und über einen Sicherungsring axial gesichert ist.

Aus der DE 197 34 217 A1 und der DE 637 040 C sind weitere Kolbenanordnungen aus jeweils einem Kolben und einer Gleitvorrichtung bekannt. Bei diesen Kolbenanordnungen sind die Befestigungsmittel einteilig mit dem Kolben ausgeführt. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben und seiner zugeordneten Gleitvorrichtung wird mit Hilfe eines Werkzeugs durch Verbördeln der Befestigungsmittel hergestellt.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Hubverdrängermaschine mit einem Kolbentriebwerk, das zumindest einen über eine Füh rungsfläche in einem Zylinder geführten Kolben aufweist, der in axialer Richtung zu einer ersten Seite einen Druckraum be grenzt und auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite mit ei nem Bauteil über ein Befestigungsteil verbunden ist, das ra dial innerhalb der Führungsfläche angeordnet ist.

Es wird vorgeschlagen, daß das Befestigungsteil stoffschlüs sig mit dem Kolben verbunden oder mit diesem einstückig aus geführt ist und der Kolben über das Befestigungsteil zumin dest formschlüssig mit dem Bauteil verbunden ist. Durch das Anordnen des Befestigungsteils innerhalb der Führungsfläche kann eine lange Führungsfläche und ein günstiges Verhältnis eines Kolbendurchmessers zu einer Kolbenführungslänge er reicht werden. Damit kann sich ein gutes Lauf- und Abdicht verhalten einstellen. Ein Verkanten und/oder ein Verklemmen des Kolbens kann weitgehend vermieden und insbesondere kann bei Axialkolbenpumpen trotz langen Führungsflächen eine vor teilhaft kurze Baulänge erreicht werden.

Neben den langen Führungsflächen kann ferner durch das stoff schlüssig mit dem Kolben verbundene oder vorteilhaft mit dem Kolben einstückig ausgeführte Befestigungsteil eine vorteil hafte formschlüssige Verbindung zwischen dem Kolben und dem Bauteil weitgehend ohne Spiel erreicht werden. Ein Abheben des Kolbens vom Bauteil, wie beispielsweise bei einem Über gang von einer Druckseite zu einer Saugseite sowie durch Schwingungen des Hubrings, und ein anschließendes Zurückschnappen des Kolbens auf das Bauteil und dadurch bedingte Geräusche, Verschleiß und Schwingungen können zumindest weit gehend vermieden werden. Ferner kann ein Sicherungsring und eine Nut für den Sicherungsring eingespart werden.

Das Befestigungsteil kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verfahren stoffschlüssig mit dem Kolben verbunden werden, beispielsweise durch Schweißen usw. Vorteilhaft ist jedoch das Befestigungsteil einstückig mit dem Kolben ausgeführt. In eine dem Bauteil zugewandten Stirn seite des Kolbens ist wenigstens eine Ausnehmung eingebracht, die eine Kolbenwand in das radial innere Befestigungsteil und in ein äußeres Teil mit einer Führungsfläche aufteilt. Mit einer in den Kolben eingebrachten Ausnehmung kann kostengün stig und einfach das Befestigungsteil radial innerhalb der Führungsfläche erreicht werden, beispielsweise durch Drehen oder Fräsen.

Um kostengünstig eine große Befestigungsfläche zu erreichen, ist das Befestigungsteil vorteilhaft von einem zum Kolben koaxialen Ring gebildet. Mit einer großen Befestigungsfläche können kleine Flächenpressungswerte erreicht, eine große Kraft weitgehend spielfrei übertragen und eine hohe Maschi nenleistung ermöglicht werden. Anstatt von einem Ring, kann jedoch das Befestigungsteil von einzelnen, sich in axialer Richtung erstreckenden Stegen gebildet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß der Kolben und das Bauteil über das Befestigungsteil gelenkig verbunden sind. Durch eine gelenkige Verbindung können Frei heitsgrade geschaffen und ungewünschte Spannungen vermieden werden. Bei Radialkolbenmaschinen kann das Gelenk vorteilhaft als Kugelgelenk ausgeführt sein, das Bewegungen in mehreren Richtungen ausgleichen kann, die Aufgrund von elastischen Verformungen bei hohen Materialbeanspruchungen auftreten kön nen, beispielsweise zwischen dem Zylinderstern und dem Hubring einer Radialkolbenmaschine. Anstelle eines Kugelge lenks kann im Bedarfsfall auch ein Kardangelenk eingesetzt werden.

Vorteilhaft besitzt die Führungsfläche des Kolbens zumindest eine Ausnehmung, durch die mit einem Werkzeug das Befesti gungsteil verformbar ist. Es können bei einer kompakten Bauform eine lange Führungsfläche, eine große Befestigungs fläche und eine einfache Montage erreicht werden, beispiels weise durch Umbördeln des Befestigungsteils durch eine oder mehrere Ausnehmungen in der Führungsfläche. Im Bedarfsfall kann die Kolbenführungsfläche in axialer Richtung über das Befestigungsteil hinausragend ausgeführt sein.

Ferner wird vorgeschlagen, daß in einem Verfahrensschritt in eine obere Schicht des Kolbens durch Diffusion ein Werkstoff eingebracht wird, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die obere Schicht des Kolbens im Bereich des Befestigungs teils zumindest weitgehend abgetragen und anschließend der Kolben einem Härteprozeß unterzogen wird. Vorteilhaft kann eine gehärtete Kolbenführungsfläche und eine gehärtete Kugel kalotte im Kolben sowie ein Befestigungsteil erreicht werden, das vorteilhaft beim Verbinden des Kolbens mit dem Bauteil verformt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorge schlagen, daß durch Diffusion ein Kohlenstoff eingebracht wird. Der Kohlenstoff kann weit in eine obere Schicht des Kolbens eindiffundiert und insbesondere kann vor einem Härte prozeß der Kohlenstoff im Bereich des Befestigungsteils ein fach abgetragen werden. Ferner kann nach dem Härteprozeß der Kolben vorteilhaft nachbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Härteverfahren anwendbar, wie beispielsweise Borieren, Nitrieren usw.

Ein Fertigungsschritt und damit verbundene Kosten können ein gespart werden, indem beim Abtragen der oberen Schicht des Kolbens im Bereich des Befestigungsteils eine Ausnehmung in den Kolben eingebracht wird, die eine Kolbenwand in das radi al innere Befestigungsteil und in ein äußeres Teil mit einer Führungsfläche aufteilt.

Ferner wird vorgeschlagen, daß das Befestigungsteil nach Ein führen des Bauteils gebördelt wird. Auf einfache und kosten günstige Weise kann eine weitgehend spielfreie Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Kolben hergestellt werden.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe schreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammen fassen.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Radialkolbenpumpe,

Fig. 2 einen Grundkörper eines Kolbens nach einem er sten Verfahrensschritt,

Fig. 3 den Kolben aus Fig. 2 nach einem Härteprozeß,

Fig. 4 den Kolben aus Fig. 3 beim Verbinden mit einem Gleitstein,

Fig. 5 den Kolben und den Gleitstein aus Fig. 4 nach dem Verbinden,

Fig. 6 eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 bis 5.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine schnellaufende Radialkolbenpumpe darge stellt, die in einem Gehäuse 58 ein Kolbentriebwerk 10 auf weist. Das Kolbentriebwerk 10 besitzt einen auf einem Steuer zapfen 52 gelagerten, rotierenden Zylinderstern 46, in dem über den Umfang symmetrisch verteilt sieben Kolben 16 radial verschiebbar in Zylindern 14 des Zylindersterns 46 angeordnet sind und die in Richtung Steuerzapfen 52 jeweils einen Druck raum 18 begrenzen. Die Kolben 16 sind auf der vom Druckraum 18 abgewandten Seite über Gleitsteine 20 radial nach außen an einem über zwei Stellkolben 60, 62 verstellbaren Hubring 40 abgestützt und in axialer Richtung durch zwei Führungsringe 42, 44 geführt. Der Gleitstein 20 weist eine Kugel 48 auf, die drehbar in einer Kugelkalotte 50 des Kolbens 16 gelagert ist. Die Gleitsteine sind durch Führungsringe axial geführt.

Erfindungsgemäß ist die Kugel 48 des Gleitsteins 20 in der Kugelkalotte 50 des Kolbens 16 über ein Befestigungsteil 24 formschlüssig befestigt, das einstückig mit dem Kolben 16 ausgeführt ist (Fig. 1 und 5). In eine dem Gleitstein 20 zu gewandten Stirnseite 26 des Kolbens 16 ist eine Ausnehmung 28 eingebracht, die eine Kolbenwand 30 in das radial innere Be festigungsteil 24 und in ein äußeres Teil 32 mit einer Füh rungsfläche 12 aufteilt. Das Befestigungsteil 24 wird von ei nem zum Kolben 16 koaxialen Ring gebildet.

Fig. 2 zeigt einen Grundkörper 38 nach einem ersten erfin dungsgemäßen Verfahrensschritt. In dem ersten Verfahrens schritt wird in eine obere Schicht 36 des Grundkörpers 38 des Kolbens 16 durch Diffusion Kohlenstoff eingebracht. In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die obere Schicht 36 des Kolbens 16 im Bereich 22 des Befestigungsteils 24 abgetragen. Die Ausnehmung 28 wird beim Abtragen der oberen Schicht 36 des Kolbens 16 in die dem Gleitstein 20 zugewandte Stirnseite 26 durch drehen eingebracht (Fig. 3). Anschließend wird der Kolben 16 einem Härteprozeß unterzogen.

In die Kugelkalotte 50 des gehärteten Kolben 16 wird die Ku gel 48 des Gleitsteins 20 eingesetzt und anschließend das Be festigungsteil 24 mit einem Bördelwerkzeug 64 gebördelt (Fig. 4). Fig. 5 zeigt den Kolben 16 und den Gleitstein 20, die über das Befestigungsteil 24 weitgehend spielfrei miteinander verbunden sind.

In Fig. 6 ist eine Variante zu dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 bis 5 mit einem Kolben 54 dargestellt. Im wesentlichen gleichbleibende Bauteile sind grundsätzlich mit den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleichbleiben der Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausfüh rungsbeispiel in Fig. 1 verwiesen werden.

Der Kolben 54 besitzt eine Führungsfläche 56 mit Ausnehmungen 34 in Form von Bohrungen, durch die mit dem Bördelwerkzeug 64 das Befestigungsteil 24 gebördelt werden kann. Die Führungs fläche 56 ragt in axialer Richtung über das Befestigungsteil 24 hinaus und besitzt vorteilhaft eine insgesamt große Länge.

Bezugszeichen

10

Kolbentriebwerk

12

Führungsfläche

14

Zylinder

16

Kolben

18

Druckraum

20

Bauteil

22

Bereich

24

Befestigungsteil

26

Stirnseite

28

Ausnehmung

30

Kolbenwand

32

Äußeres Teil

34

Ausnehmung

36

Obere Schicht

38

Grundkörper

40

Hubring

42

Führungsring

44

Führungsring

46

Zylinderstern

48

Kugel

50

Kugelkalotte

52

Steuerzapfen

54

Kolben

56

Führungsfläche

58

Gehäuse

60

Stellkolben

62

Stellkolben

64

Bördelwerkzeug

Claims

1. Hubverdrängermaschine mit einem Kolbentriebwerk (10), das zumindest einen über eine Führungsfläche (12) in einem Zylinder (14) geführten Kolben (16) aufweist, der in axialer Richtung zu einer ersten Seite einen Druckraum (18) begrenzt und auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite mit einem Bauteil (20) über ein Befestigungsteil (24) verbunden ist, das radial innerhalb der Führungsfläche (12) angeordnet ist, wobei das Befestigungsteil (24) stoffschlüssig mit dem Kolben (16) verbunden oder mit diesem einstückig ausgeführt ist und wobei der Kolben (16) über das Befestigungsteil (24) zumindest formschlüssig mit dem Bauteil (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsfläche (12) des Kolbens (16) zumindest eine Ausnehmung (34) aufweist, durch die mit einem Werkzeug das Befestigungsteil (24) verformbar ist.

2. Hubverdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in eine dem Bauteil (20) zugewandte Stirnseite (26) des Kolbens (16) wenigstens eine Ausnehmung (28) eingebracht ist, die eine Kolbenwand (30) in das radial innere Befestigungsteil (24) und in ein äußeres Teil (32) mit einer Führungsfläche aufteilt.

3. Hubverdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil (24) von einem zum Kolben (16) koaxialen Ring gebildet ist.

4. Hubverdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (16) und das Bauteil (20) über das Befestigungsteil (24) gelenkig verbunden sind.

5. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (16) für eine Hubverdrängermaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Verfahrensschritt in eine obere Schicht (36) des Kolbens (16) durch Diffusion ein Werkstoff eingebracht wird, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die obere Schicht des Kolbens (16) im Bereich des Befestigungsteils (24) zumindest weitgehend abgetragen und anschließend der Kolben (16) einem Härteprozeß unterzogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Diffusion ein Kohlenstoff eingebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Abtragen der oberen Schicht (36) des Kolbens (16) im Bereich (22) des Befestigungsteils (24) eine Ausnehmung (28) in den Kolben (16) eingebracht wird, die eine Kolbenwand (30) in das radial innere Befestigungsteil (24) und in ein äußeres Teil (32) mit einer Führungsfläche aufteilt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Befestigungsteil (24) nach Einführen des Bauteils (20) in den Kolben (16) gebördelt wird.