DE102008039294A1

DE102008039294A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102008039294A1
Application number: DE102008039294A
Authority: DE
Inventors: Stefan Malm; Renald KÜMPEL
Original assignee: Neumayer Tekfor Holding GmbH
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-02-25
Also published as: US20110126702A1; WO2010020240A2; WO2010020240A3; US8267006B2; EP2315944A2

Abstract

Es wird ein Axialkolben für eine Axialkolbenmaschine vorgeschlagen, der aus zumindest zwei ein Antriebsteil und ein Verdichtungsteil bildenden Bauteilen gebildet ist. Um den Axialkolben bei vermindertem Gewicht einfach und kostengünstig herstellen zu können, werden die Bauteile mittels eines Umformverfahrens hergestellt und mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens miteinander verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialkolben für eine Axialkolbenmaschine.
Axialkolbenmaschinen sind beispielsweise aus der WO 2006/056167 A1 bekannt. Derartige Axialkolbenmaschinen werden insbesondere in Kraftfahrzeugen als Klimakompressoren verwendet und werden von außen drehangetrieben, wobei ein zur Achse des Drehantriebs schräggestellter Schwenkring oder dergleichen in ein Antriebsteil des Axialkolbens eingreift und den Axialkolben während einer Drehbewegung des Drehantriebs parallel zur Drehachse hin und her bewegt. Dabei komprimiert das in einem Zylinder geführte Verdichtungsteil des Axialkolbens das Arbeitsmedium der Axialkolbenmaschine.
Axialkolben für die Axialkolbenmaschinen werden hierzu in der Regel als Guß- oder Sinterteile oder zweiteilig aus dem Antriebsteil und dem Verdichtungsteil hergestellt. Hierzu werden Einzelteile eingesetzt, die mittels Laser- oder Reibschweißverfahren gefügt werden. Teilweise werden zur Aufnahme des hülsenförmigen Verdichtungsteils an dem Antriebsteil axial ausgebildete Ansätze vorgesehen, die aufwendig herzustellen sind.
Die Bauteile sind durch ihre Herstellung bedingt schwer und weisen teilweise unzureichende mechanische Eigenschaften auf. Durch die Art der verwendeten Teile sind Schweißverfahren notwendig, die zeitaufwendig und daher kostenintensiv sind. Weiterhin ist die Vorbereitung der Schweißränder aufwendig. Hohe, durch die verwendeten Schweißverfahren bedingte Wärmeeinträge können zu Bauteilverzügen und Gefügeumwandlungen mit einer Versprödung der Schweißstelle führen.
Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Axialkolben in vorteilhafter Weise weiterzubilden, der kostengünstig und einfach herzustellen ist.
Die Erfindung wird durch einen Axialkolben für eine Axialkolbenmaschine gelöst, der aus zumindest zwei ein Antriebsteil und ein Verdichtungsteil bildenden Bauteilen gefertigt ist, wobei die Bauteile jeweils mittels eines Massivumformverfahrens hergestellt und miteinander mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens verbunden sind. Durch die Verwendung eines Massivumformverfahrens können die Bauteile als kostengünstige Massenware hergestellt werden, die je nach verwendeter Art eine ausreichende Präzision der Bauteile ohne oder mit einer Nachbearbeitung ermöglichen. Je nach Art des Massivumformverfahrens können verschiedene Materialarten, beispielsweise unterschiedlich legierte Stähle eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft haben sich Kaltfließpressverfahren erwiesen, bei denen die Bauteile bei Umgebungstemperatur in der gewünschten Form in hohen Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden.
Als besonders vorteilhaft hat sich ein stumpfes Verschweißen des Verdichtungsteils auf dem Antriebsteil erwiesen. Dies bedeutet, dass die Stirnfläche des Verdichtungsteils als Schweißfläche mit einer zu dieser komplementären Schweißfläche des Antriebsteils gefügt wird, so dass auf weitere axiale Ansätze und Überlappungsbereiche am Antriebsteil verzichtet werden kann. Durch den kurzzeitigen Wärmeeintrag beim Schweißen mittels des Kondensatorentladungsschweißvorgangs treten keine Verzöge der Bauteile und keine Versprödungen der Schweißfläche auf, so dass die Schweißflächen und damit die Wandungen der Bauteile lediglich abhängig von den Anforderungen an den Axialkolben und nicht abhängig von den Bedingungen für die Verschweißung ausgelegt werden können, so dass insgesamt der Axialkolben leichter ausgestaltet werden kann.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die Schweißflächen der Bauteile spanend bearbeitet sind. Ein derartiger Fertigungsschritt ist infolge der im Wesentlichen plan auszubildenden Schweißflächen einfach und sichert eine Verschweißung der Bauteile über deren gesamte gemeinsame Schweißfläche. Im Sinne plan auszubildender Schweißflächen ist auch eine gering spitzzulaufende, beispielsweise dachförmig ausgebildete Schweißfläche zur besseren Führung des Stromflusses während der Kondensatorentladung umfasst.
Der Axialkolben kann aus wärmebehandelten, beispielsweise oberflächengehärteten Bauteilen gebildet sein. Als vorteilhaft hat sich hierbei eine Nitrierung erwiesen. Eine derartige Wärmebehandlung wird bevorzugt nach der Schweißung durchgeführt, da beispielsweise das bereits an dem Antriebsteil verschweißte freie Ende des damit vollkommen geschlossenen Verdichtungsteils keine oder lediglich vernachlässigbare Wärmeverzüge erleidet.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Axialkolbenmaschine mit einem oder mehreren Axialkolben gemäß den zuvor beschriebenen Merkmalen. Gemäß einem erfinderischen Verfahren erfolgt die Herstellung eines Axialkolbens aus zumindest zwei ein Antriebsteil und ein Verdichtungsteil bildenden Bauteilen zumindest gemäß folgender wesentlicher Schritte:

– Herstellung der Bauteile mittels eines Materialumformverfahrens,
– spanabhebende Vorbereitung der Schweißflächen der Bauteile,
– Positionieren eines freien Endes des Verdichtungsteils gegenüber einem Umfangsbereich des Antriebsteils,
– Verbinden der Bauteile mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens,
– Wärmebehandeln des Axialkolbens.

Die Erfindung wird anhand des in der einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigt einen Axialkolben im Schnitt.
Der Axialkolben 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zweiteilig aus den Bauteilen 2, 3, die ein Verdichtungsteil 4 und ein Antriebsteil 5 bilden, hergestellt. Das Verdichtungsteil 4 ist rotationssymmetrisch um die Drehachse 6 als zylindrisches Bauteil 2 bevorzugt mittels eines Kaltfließpressverfahrens, beispielsweise in einem Tiefziehverfahren oder in einem Napfrückwärtsfließpressverfahren hergestellt. Das freie Ende des Verdichtungsteils 4 weist eine Stirnfläche 7 auf, die werkzeugfallend oder bevorzugt nach spanender Bearbeitung eine Schweißfläche 8 zur Fügung mit dem Antriebsteil 5 bildet.
Das Antriebsteil 5 nimmt in einer Anprägung 9 den schräggestellten Schwenkring oder Schwenkarm oder dergleichen des Drehantriebs der Axialkolbenmaschine auf und ist entsprechend deren konstruktiver Ausgestaltung ausgebildet. Dementsprechend ist das Antriebsteil 5 mittels eines Massivumformverfahrens hergestellt, wobei Kalt-, Halbwarm- oder Warmumformverfahren, beispielsweise Fließpressverfahren und/oder Biegeverfahren zum Einsatz kommen können. Das Antriebsteil 5 nimmt das Verdichtungsteil 4 an dessen im Wesentlichen planen Außenumfang 10 auf, wobei dieses eine werkzeugfallende oder bevorzugt spanend hergestellte, zur Schweißfläche 8 des Verdichtungsteils 4 komplementäre Schweißfläche 11 aufweist. Insbesondere bei der Verwendung von Halbwarm- oder Warmumform verfahren kann die Oberfläche der Bauteile 2, 3 zusätzlich zur Darstellung der Schweißflächen 8, 11 zur Erzielung einer höheren Oberflächengüte nachbehandelt sein.
Die Fügung der beiden Schweißflächen 8, 11 erfolgt mittels Kondensatorentladungsschweißen. Durch den geringen Wärmeeintrag dieses Verfahrens können die Wärmeverzüge gering gehalten werden und eine hinreichende Festigkeit der Fügung zwischen Antriebsteil 5 und Verdichtungsteil 4 auch bei dünnen Wänden des Verdichtungsteils 4 erzielt werden. Es versteht sich, dass die Darstellung der Wandstärken und anderer geometrischer, der Figur entnehmbarer Maße nicht zwangsläufig maßstabsgetreu auszulegen ist.
Die Oberflächen 12, 13 eines oder beider Bauteile 2, 3 oder die Bauteile 2, 3 können partiell oder vollständig einer Wärmebehandlung unterzogen sein. Diese Wärmebehandlung kann eine Oberflächenhärtung zur Folge haben und unter Verwendung entsprechender Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise können die Bauteile 2, 3 nitriert oder karbonitriert sein. Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn eine derartige Wärmebehandlung nach dem Fügen der beiden Bauteile 2, 3 erfolgt, so dass der Wärmeeinfluss auf das bereits an dem Antriebsteil 5 fixierte freie Ende des Verdichtungsteils 4 einen verringerten Einfluss ausübt und Wärmeverzüge im Wesentlichen ausgeschlossen werden können.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombination der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Da die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält sich die Anmelderin vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Die Ausführungsbeispiele sind nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen, in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.
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

- WO 2006/056167 A1 [0002]

Claims

Axialkolben für eine Axialkolbenmaschine, wobei dieser aus zumindest zwei ein Antriebsteil und ein Verdichtungsteil bildenden Bauteilen gefertigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile jeweils mittels eines Massivumformverfahrens hergestellt und miteinander mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens verbunden sind.
Axialkolben insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massivumformverfahren ein Kaltfließpressverfahren ist.
Axialkolben insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsteil stumpf auf das Antriebsteil aufgeschweißt wird.
Axialkolben insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der an den Bauteilen vorgesehenen Schweißflächen spanend bearbeitet ist.
Axialkolben insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile wärmebehandelt werden.
Axialkolben insbesondere nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile nitriert sind.
Axialkolben insbesondere nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile nach dem Verschweißen wärmebehandelt sind.
Axialkolbenmaschine mit zumindest einem Axialkolben gemäß den Ansprüchen 1 bis 7.
Verfahren zur Herstellung eines Axialkolbens mit zumindest zwei ein Antriebsteil und ein Verdichtungsteil bildenden Bauteilen zumindest gemäß folgender Schritte: – Herstellung der Bauteile mittels eines Massivumformverfahrens, – spanabhebende Vorbereitung der Schweißflächen zumindest eines der Bauteile – Positionieren eines freien Endes des Verdichtungsteils gegenüber einem Außenumfang des Antriebsteils, – Verbinden der Bauteile mittels eines Kondensatorentladungsschweißverfahrens, – Wärmebehandeln des Axialkolbens.