DE102008037823A1 - Verfahren zur Herstellung einer huberzeugenden Laufbahn einer Verdrängermaschine und Verdrängermaschine mit huberzeugender Laufbahn - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Laufbahn einer Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet und mittels eines Abstützelements an der Laufbahn abgestützt ist, wobei die Laufbahn durch Bearbeitung eines Laufbahnbauteils mittels eines materialabtragenden Werkzeugs hergestellt wird.
- Ferner betrifft die Erfindung eine Verdrängermaschine mit einer solchen Laufbahn.
- Eine derartige Verdrängermaschine ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 058 323 A1 bekannt. Diese Verdrängermaschine ist als mehrhubige Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet. Hierbei befinden sich die Kolbenausnehmungen und die darin längsverschiebbaren Kolben in einer Zylindertrommel einer Rotorbaugruppe, während die Laufbahn mit eingeprägter periodischer Hubfunktion einer Statorbaugruppe zugeordnet ist. Als Abstützelemente werden als Rollen ausgebildete Wälzkörper eingesetzt, mit denen die Kolben an der Laufbahn abgestützt sind und auf der Laufbahn abrollen. - Bei solchen Verdrängermaschinen entstehen im Kontaktbereich zwischen den Abstützelementen und der Laufbahn hohe hertzsche Pressungen. Um die mit diesen Pressungen verbundenen starken Materialbelastungen ertragen zu können, müssen die Abstützelemente und die Laufbahn eine hohe Härte, eine geometrisch genaue Oberfläche und eine hohe Oberflächengüte aufweisen. Besonders bei der Laufbahn treibt dies jedoch die Material- und Fertigungskosten in die Höhe, da das Bauteil nach dem Härtevorgang, z. B. durch Schleifen, fein bearbeitet werden muss.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Laufbahn einer Verdrängermaschine sowie eine Verdrängermaschine mit einer solchen Laufbahn so auszugestalten, dass ein geringer Fertigungsaufwand erforderlich ist.
- Die Aufgabe wird verfahrensseitig erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als materialabtragendes Werkzeug ein Werkzeug verwendet wird, welches einen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der in Form und Größe dem Abstützbereich des Abstützelements nachgebildet ist.
- Das Werkzeug wird also so gewählt, dass es bei der Bearbeitung des Laufbahnbauteils gerade ein solches Profil in das Laufbahnbauteil einarbeitet, wie es nach der Fertigstellung der Laufbahn beim Betrieb der Verdrängermaschine zur Aufnahme der Abstützelemente der Kolben erforderlich ist. Auf diese Weise kann die gewünschte Laufbahn in einem Bearbeitungsschritt, das heißt ohne dass zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind, in das Laufbahnbauteil eingearbeitet werden. Der Fertigungsaufwand wird dadurch wesentlich reduziert.
- Zweckmäßigerweise sind die Abstützelemente als Wälzkörper ausgebildet. In diesem Fall wird bevorzugt ein solches Werkzeug verwendet, welches einen Bearbeitungsabschnitt mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil aufweist, wobei der Radius des Profils im Wesentlichen dem Radius des Wälzkörpers entspricht.
- In der Regel ist der Wälzkörper als Zylinderrolle oder Tonnenrolle oder Kegelrolle ausgebildet. In einem solchen Fall wird vorzugsweise ein Werkzeug verwendet, welches einen Bearbeitungsabschnitt mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil aufweist, wobei der Radius des Profils im Wesentlichen dem Rollenradius des Wälzkörpers entspricht.
- Denkbar ist auch eine Ausbildung des Wälzkörpers als Kugel. Bei dieser Variante wird bevorzugt ein Werkzeug verwendet, welches einen Bearbeitungsabschnitt mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil aufweist, wobei der Radius des Profils im Wesentlichen dem Kugelradius des Wälzkörpers entspricht.
- Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Werkzeug eine Bearbeitungsscheibe, insbesondere eine Schleif- oder Frässcheibe, verwendet wird. Dabei ist der äußere Durchmesser der Bearbeitungsscheibe mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil versehen, dessen Radius im Wesentlichen dem Radius des Wälzkörpers entspricht.
- Der Radius des Profils des Bearbeitungsabschnitts des Werkzeugs kann in geringem Maße vom Radius des Wälzkörpers abweichen. Die Abweichung sollte aber vorzugsweise nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%, vom Radius des Wälzkörpers betragen. Auch ist die Profilausbildung am Außendurchmesser des Bearbeitungsabschnitts des Werkzeugs nicht unbedingt an eine genaue Kreisform gebunden, sondern kann ebenso von dieser in geringem Maße abweichen. Die Abweichung sollte aber auch hier vorzugsweise nicht mehr als 10%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5%, betragen.
- Üblicherweise ist das Laufbahnbauteil der Verdrängermaschine ring- oder scheibenförmig ausgebildet. Bei der Bearbeitung des Laufbahnbauteils wird in diesem Fall gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung folgendermaßen vorgegangen:
Als Werkzeug wird eine Bearbeitungsscheibe, zum Beispiel eine Schleif- oder Frässcheibe, verwendet, die mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit in Rotation um ihre Mittelachse versetzt wird. Außerdem wird das Laufbahnbauteil mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit in Rotation um seine Mittelachse versetzt. Es wird eine Zustellbewegung der Bearbeitungsscheibe in Richtung einer Achse ausgeführt, die senkrecht zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils ausgerichtet ist. Während der Rotation des Laufbahnbauteils wird eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Bearbeitungsscheibe und dem Laufbahnbauteil in Richtung einer Achse ausgeführt, die parallel zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils ausgerichtet ist. Die Relativbewegung kann z. B. gemäß einer Variante dadurch ausgeführt werden, dass die Achse der rotierenden Bearbeitungsscheibe verschoben wird, während die Achse des rotierenden Laufbahnbauteils festliegt, oder gemäß einer anderen Variante dadurch, dass die Achse des rotierenden Laufbahnbauteils verschoben wird, während die Achse der rotierenden Bearbeitungsscheibe festliegt. - Mit dieser Relativbewegung zwischen Bearbeitungsscheibe und Laufbahnbauteil und der gleichzeitigen Rotation des Laufbahnbauteils und der Bearbeitungsscheibe entsteht in Verbindung mit dem kreisförmigen Profil am Außendurchmesser der Bearbeitungsscheibe und der Zustellbewegung der Bearbeitungsscheibe die Laufbahn für die z. B. als Wälzkörper ausgebildeten Abstützelemente.
- Vorteilhaft ist hier, dass das Werkzeug mit einem großen Durchmesser ausgeführt werden kann. Im Falle einer Schleifscheibe bedeutet dies, dass aufgrund des großen Umfangs der Schleifscheibe ein großer Bereich mit Schleifmittel am Abtragvorgang beteiligt ist. Demzufolge ergibt sich eine hohe Standzeit des Werkzeugs. Ferner ist über dem Laufbahnbauteil genügend Raum für eine stabil ausgeführte Werkzeugaufnahme vorhanden, welche eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und Abtragsleistung gewährleistet.
- Die Erfindung betrifft ferner eine Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist und mittels eines Abstützelements an einer Laufbahn abgestützt ist.
- Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Laufbahn mit einem Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche hergestellt ist. Die Verdrängermaschine weist also eine Laufbahn auf, die mittels eines materialabtragenden Werkzeugs bearbeitet worden ist, welches einen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der in Form und Größe dem Abstützbereich des Abstützelements nachgebildet ist.
- Das Abstützelement ist vorteilhafterweise als Wälzkörper ausgebildet. Dabei wird als Wälzkörper gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung eine Kugel verwendet. Besondere Vorteile ergeben sich, wenn der Wälzkörper gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Rolle ausgebildet ist. Mit einer beispielsweise als Zylinderrolle oder Tonnenrolle oder Kegelrolle ausgebildeten Rolle können die Kräfte und die Pressungen des sich auf der Laufbahn abstützenden Kolbens verringert werden, wodurch die Verdrängermaschine mit höheren Drücken beaufschlagbar ist. Auch eine Ausgestaltung des Wälzkörpers als Kegelrolle ist denkbar.
- Die Verdrängermaschine ist gemäß einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung als Axialkolbenmaschine mit parallel oder geneigt zur Drehachse angeordneten Kolbenausnehmungen ausgebildet. Dabei kann die Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer um die Drehachse rotierenden Zylindertrommel und feststehender Laufbahn oder in Taumelscheibenbauweise mit einer um die Drehachse rotierenden Laufbahn und einer feststehenden Zylindertrommel ausgeführt sein.
- Zudem ist es gemäß einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung möglich, die Verdrängermaschine als Radialkolbenmaschine mit senkrecht zur Drehachse angeordneten Kolbenausnehmungen auszubilden.
- Besonders bevorzugt ist die Verdrängermaschine als mehrhubige hydrostatische Verdrängermaschine ausgeführt, bei der die Laufbahn mehrere Nocken aufweist, die pro Umdrehung der Zylindertrommel mehrere Hubbewegungen der Kolben bewirken. Es ist aber auch eine einhubige Ausführungsform denkbar.
- Die Verdrängermaschine kann als hydrostatische Pumpe oder als hydrostatischer Motor ausgebildet sein.
- Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist das Laufbahnbauteil in einem spanlosen Umformprozess hergestellt, wobei das so hergestellte Laufbahnbauteil mit einem materialabtragenden Werkzeug bearbeitet ist, welches einen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der in Form und Größe dem Abstützbereich das Abstützelements nachgebildet ist. Zu den spanlosen Umformprozessen gehören z. B. das Walzen, Ziehen, Schmieden, Pressen, Prägen, Stanzen, Drücken, Schneiden oder Brennschneiden von Metallrohlingen.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Längsschnitt, -
2 eine Detailansicht der Laufbahn in einer Abwicklung, -
3 einen Querschnitt durch Laufbahn und Schleifscheibe mit den Bewegungen bei der Bearbeitung, -
4 eine Ansicht der3 in Richtung A und -
5 eine Darstellung der Bewegung von Schleifscheibe und Laufbahnbauteil als Abwicklung. - In der
1 ist eine als mehrhubige Axialkolbenmaschine1 ausgebildete erfindungsgemäße hydrostatische Verdrängermaschine in einem Längsschnitt dargestellt. Die Axialkolbenmaschine1 weist eine um eine Drehachse D drehbar gelagerte Zylindertrommel2 auf, die mit mehreren konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Kolbenausnehmungen3 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben4 längsverschiebbar gelagert ist. Die Kolben4 stützen sich mittels Wälzkörper5 , deren Rotationsachse r senkrecht zur Drehachse D angeordnet ist, auf einem gehäusefesten, als Scheibe ausgebildeten Laufbahnbauteil6 ab. - Die Zylindertrommel
2 stützt sich in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche7 ab, die mit nierenförmigen Steuerschlitzen versehen ist, welche einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss der Axialkolbenmaschine1 bilden. Die Zylindertrommel2 ist für jede Kolbenausnehmung3 mit einem Verbindungskanal8 versehen, die bei einer Drehung der Zylindertrommel2 eine Verbindung des von der Kolbenausnehmung3 und dem Kolben4 gebildeten Verdrängerraums9 mit dem Einlassanschluss sowie dem Auslassanschluss ermöglichen. Dabei ist die Zylindertrommel2 mit einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Triebwelle10 beispielsweise mittels einer Verzahnung drehfest verbunden. - In
2 ist eine Detailansicht der Laufbahn in einer Abwicklung dargestellt. Hier ist gut zu erkennen, dass die huberzeugende Laufbahn des Laufbahnteils6 nockenförmige Ausbuchtungen aufweist. Die Wälzkörper5 der Kolben4 stützen sich auf dem Laufbahnbauteil6 ab. Dabei sind die Wälzkörper5 als Zylinderrolle oder Tonnenrolle mit einem Rollenradius R ausgebildet. Bei einer Drehung der Zylindertrommel2 um die Drehachse D laufen die Wälzkörper5 auf der welligen Oberfläche des Laufbahnbauteils6 entlang und folgen dabei den Ausbuchtungen des Laufbahnbauteils6 , so dass eine huberzeugende Wirkung mit mehreren Hüben pro Umdrehung der Zylindertrommel2 auf die Kolben4 ausgeübt wird. - Das Laufbahnbauteil
6 ist aus einem hochwertigen Material mit einer hohen Härte und Oberflächengüte hergestellt und nimmt die beim Abrollen der Wälzkörper5 auftretenden hohen hertzschen Pressungen auf. Um die hohen Belastungen ertragen zu können, muss das Laufbahnbauteil6 eine geometrisch genaue Oberfläche aufweisen. Zu diesem Zweck wird das Laufbahnbauteil6 nach dem Härtevorgang beispielsweise mittels einer Schleifscheibe fein bearbeitet. - In den
3 bis5 ist die Bearbeitung des Laufbahnbauteils6 mittels einer Schleifscheibe11 dargestellt. - Wie in
3 gezeigt, erfolgt die Bearbeitung des Laufbahnbauteils6 folgendermaßen:
Die Schleifscheibe11 wird mit einer bestimmten Winkelgeschwindigkeit w in Rotation um ihre Mittelachse versetzt wird. Hierbei ist die Mittelachse der Schleifscheibe11 senkrecht zur Mittelachse des Laufbahnteils6 angeordnet. Außerdem wird das Laufbahnbauteil6 mit einer vorgegebenen Winkelgeschwindigkeit wy in Rotation um seine Mittelachse versetzt. Es wird eine Zustellbewegung der Schleifscheibe11 in Richtung einer Achse x ausgeführt, die senkrecht zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils6 ausgerichtet ist. Während der Rotation des Laufbahnbauteils6 wird eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Schleifscheibe11 und dem Laufbahnbauteil6 in Richtung einer Achse y ausgeführt, die parallel zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils6 ausgerichtet ist. Die Relativbewegung in Richtung der Achse y kann z. B. dadurch ausgeführt werden, dass die Achse der rotierenden Schleifscheibe11 verschoben wird, während die Achse des rotierenden Laufbahnbauteils6 festliegt, oder das rotierenden Laufbahnbauteil6 entlang seiner Mittelachse verschoben wird, während die Achse der rotierenden Schleifscheibe11 in y-Richtung festliegt. - Mit dieser Relativbewegung y zwischen Schleifscheibe
11 und Laufbahnbauteil6 und der gleichzeitigen Rotation des Laufbahnbauteils6 mit der Winkelgeschwindigkeit wy und der Schleifscheibe11 mit der Winkelgeschwindigkeit w entsteht in Verbindung mit dem kreisförmigen Profil am Außendurchmesser der Schleifscheibe11 und der Zustellbewegung der Schleifscheibe11 in Richtung x die Laufbahn für die Wälzkörper. - In
4 ist eine Ansicht in der Richtung A der in3 gezeigten Anordnung dargestellt. In dieser Ansicht ist das den Barbeitungsabschnitt bildende kreisförmige Profil12 am Außendurchmesser der Schleifscheibe11 gut zu erkennen. Das kreisförmige Profil12 weist einen Radius R auf, der dem Rollenradius R der Wälzkörper5 gemäß2 entspricht. - In
5 sind die bei der Bearbeitung des Laufbahnbauteils6 ausgeführten Bewegungen der Schleifscheibe11 und des Laufbahnbauteil6 als Abwicklung schematisch dargestellt. Dabei ergibt sich die Bewegung des Laufbahnbauteils6 in Richtung Vn aus der Rotation des Laufbahnbauteils6 um seine Mittelachse mit der Winkelgeschwindigkeit wy, wie in3 gezeigt. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005058323 A1 [0003]
Claims (18)
- Verfahren zur Herstellung einer Laufbahn einer Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet und mittels eines Abstützelements an der Laufbahn abgestützt ist, wobei die Laufbahn durch Bearbeitung eines Laufbahnbauteils mittels eines materialabtragenden Werkzeugs hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als materialabtragendes Werkzeug ein Werkzeug verwendet wird, welches einen Bearbeitungsabschnitt aufweist, der in Form und Größe dem Abstützbereich des Abstützelements (
5 ) nachgebildet ist. - Verfahren nach Anspruch 1 mit einem als Wälzkörper ausgebildeten Abstützelement, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkzeug verwendet wird, welches einen Bearbeitungsabschnitt mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil (
12 ) aufweist, wobei der Radius (R) des Profils (12 ) im Wesentlichen dem Radius (R) des Wälzkörpers entspricht. - Verfahren nach Anspruch 2 mit einem als Zylinderrolle oder Tonnenrolle oder Kegelrolle ausgebildeten Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Profils (
12 ) des Bearbeitungsabschnittes des Werkzeugs im Wesentlichen dem Rollenradius (R) des Wälzkörpers (5 ) entspricht. - Verfahren nach Anspruch 2 mit einem als Kugel ausgebildeten Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (R) des Profils (
12 ) des Bearbeitungsabschnitts des Werkzeugs im Wesentlichen dem Kugelradius (R) des Wälzkörpers (5 ) entspricht. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Werkzeug eine Bearbeitungsscheibe (
11 ), insbesondere eine Schleif- oder Frässcheibe, verwendet wird, deren äußerer Durchmesser mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Profil (12 ) versehen ist, dessen Radius (R) im Wesentlichen dem Radius (R) des Wälzkörpers (5 ) entspricht. - Verfahren nach Anspruch 5 mit einem ring- oder scheibenförmig ausgebildeten Laufbahnbauteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsscheibe (
11 ) mit einer Winkelgeschwindigkeit w in Rotation um ihre Mittelachse versetzt wird und das Laufbahnbauteil (6 ) mit einer Winkelgeschwindigkeit wy in Rotation um seine Mittelachse versetzt wird, eine Zustellbewegung der Bearbeitungsscheibe (11 ) in Richtung einer Achse x ausgeführt wird, die senkrecht zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils (6 ) ausgerichtet ist und während der Rotation des Laufbahnbauteils (6 ) eine gesteuerte Relativbewegung zwischen der Bearbeitungsscheibe (11 ) und dem Laufbahnbauteil (6 ) in Richtung einer Achse y ausgeführt wird, die parallel zur Rotationsachse des Laufbahnbauteils (6 ) ausgerichtet ist. - Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist und mittels eines Abstützelements an der Laufbahn abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstützelement (
5 ) als Wälzkörper ausgebildet ist. - Verdrängermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper als Zylinderrolle ausgebildet ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper als Tonnenrolle ausgebildet ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper als Kegelrolle ausgebildet ist.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper als Kugel ausgebildet ist.
- Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12 gekennzeichnet durch die Ausbildung als Axialkolbenmaschine mit parallel oder geneigt zur Drehachse (D) angeordneten Kolbenausnehmungen (
3 ). - Verdrängermaschine nach Anspruch 13 gekennzeichnet durch die Ausbildung als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise.
- Verdrängermaschine nach Anspruch 13 gekennzeichnet durch die Ausbildung als Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise.
- Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 12 gekennzeichnet durch die Ausbildung als Radialkolbenmaschine.
- Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 16 gekennzeichnet durch die Ausbildung als hydrostatischer Motor.
- Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 16 gekennzeichnet durch die Ausbildung als hydrostatische Pumpe.
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DE102005058323A1 (de) | 2005-02-26 | 2006-08-31 | Linde Ag | Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine |
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2008
- 2008-08-14 DE DE200810037823 patent/DE102008037823A1/de not_active Withdrawn
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