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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Rückzugplatte sowie ein Verfahren zur Herstellung der Rückzugplatte.
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In einer Axialkolbenmaschine sind in einer drehbaren Zylindertrommel in axialer Richtung längsverschieblich Kolben angeordnet. Diese stützen sich an einer relativ zur Zylindertrommelachse geneigten Lauffläche ab. Im Falle einer Hydropumpe herrschen dabei während des Saughubs Druckverhältnisse, die den Gleitschuh vollständig entlasten und somit zu einem Abheben von der Lauffläche führen würden. Um in jedem Betriebszustand die Gleitschuhe in gleitender Anlage an der Lauffläche zu halten und so ein Ansaugen von Druckmittel zu ergänzen, ist daher eine Rückzugplatte vorgesehen. Die Rückzugplatte ist parallel zur Lauffläche angeordnet und umgreift mit mehreren Ausnehmungen jeweils einen Gleitschuh. Eine solche Anordnung und eine solche Rückzugplatte sind aus der
EP 1 561 031 B1 bekannt. Um die Kosten zur Fertigung der Rückzugplatte gering zu halten, ist es dort bereits vorgeschlagen, die Rückzugplatte in einem Stanz-Präge-Vorgang herzustellen. Durch den Stanz-Präge-Vorgang werden zum einen aus dem als ebene Kreisscheibe ausgebildeten Grundkörper die Durchgangsöffnungen ausgestanzt, welche dann den Gleitschuh umgreifen. Andererseits wird gleichzeitig eine Lagerfläche zum Abstützen der Rückzugplatte geformt. Nach diesem Umformschritt wird eine ebene Fläche, welche später die Rückhaltekraft auf den Gleitschuh überträgt, geschaffen. Diese nachträgliche Überarbeitung erfolgt spanend und kann eine zusätzliche Wärmebehandlung einschließen, was einen erheblichen zusätzlichen Fertigungsaufwand bedeutet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit einer Rückzugplatte sowie ein Verfahren zur Herstellung der Rückzugplatte zu schaffen, welches gegenüber den bekannten Rückzugplatten vereinfacht ist.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist eine Zylindertrommel auf, in der längsverschieblich eine Mehrzahl von Kolben angeordnet ist. Die Kolben stützen sich an einer gegenüber der Zylindertrommelachse geneigten Lauffläche über Gleitschuhe ab, wobei die Gleitschuhe an einer von ihrer an der Lauffläche anliegenden Gleitfläche abgewandten Rückhaltefläche mittels einer Rückzugplatte an der Lauffläche anliegend gehalten werden. Erfindungsgemäß ist die Rückzugplatte aus einem veredelten Blech spanlos in einem Stanz-Präge-Vorgang hergestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Herstellung der Rückzugplatte zunächst ein veredeltes Blech mit einer zur Anlage an den Gleitschuhen fertig bearbeiteten Oberfläche erzeugt. Dieses veredelte Blech wird anschließend einem Stanz-Präge-Vorgang unterzogen, mit dessen Hilfe die Gleitschuhaufnahmeöffnungen eingebracht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine sind gegenüber den bekannten Verfahren insbesondere preiswerter, wobei außerdem Gewicht an der Rückzugplatte eingespart werden kann. Die Verwendung bzw. das Erzeugen eines veredelten Blechs, bevor ein Umformprozess stattfindet, hat den Vorteil, dass eine spanende Nachbearbeitung und/oder eine Temperaturbehandlung entfallen kann. Die Gleiteigenschaften werden durch das veredelte Blech selbst bereits bestimmt.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, an der Rückzugplatte einen kegelstumpfmantelförmigen Bereich auszubilden.
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Dieser ist so geformt, dass in unbelastetem Zustand der Abstand der Rückzugplatte an ihrem äußeren Umfang von der Lauffläche kleiner ist als im Bereich des Rückzugplattenlagers. Auf diese Weise werden in dem von der Zylindertrommelachse radial abgewandten Bereich größere Kräfte auf den Gleitschuh erzeugt. Damit wird der Neigung des Gleitschuhs, unter der Einwirkung von Fliehkräften an der Außenseite abzuheben, entgegengewirkt. Eine solche Vorspannung ist besonders dann vorteilhaft, wenn das veredelte Blech federelastische Eigenschaften aufweist, so dass nach der Montage eine Spannung in der Rückzugplatte erzeugt wird, da sich diese einerseits im Bereich des Rückzugplattenlagers und andererseits im äußeren Bereich an den Gleitschuhen abstützt.
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Ferner ist es vorteilhaft, um Gewicht zu sparen, dass eine äußere Umfangskante der Rückzugplatte jeweils abschnittsweise parallel zu einem äußeren Bereich jeweils einer Gleitschuhaufnahmeöffnung verläuft. Damit hat die Rückzugplatte keine kreisförmige Außengeometrie und das zwischen den einzelnen Gleitschuhaufnahmeöffnungen am äußeren Umfangsrand vorhandene Material kann entfernt werden. Der Materialeinsatz lässt sich so verringern und damit auch das Gewicht der Rückzugplatte reduzieren. Das Erzeugen der so geformten Außengeometrie wird dabei vorzugsweise gleichzeitig mit dem Umformvorgang in einem Stanz-Präge-Prozess spanlos erzeugt.
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Das Rückzugplattenlager der Rückzugplatte ist vorzugsweise kalottenförmig und ohne Durchgangsöffnung ausgebildet. Insbesondere ist dabei auch die von der mit den Gleitschuhen zusammenwirkenden Seite abgewandte Seite des Blechs so veredelt, dass geringe Reibungskräfte zwischen dem kalottenförmig gestalteten Rückzugplattenlager und dem Gegenstück der Axialkolbenmaschine auftreten. Ein solches kalottenförmiges Rückzugplattenlager hat besonders den Vorteil, dass eine automatische Zentrierung der Rückzugplatte auch bei einer Änderung des Neigungswinkels der Lauffläche erfolgt. Weiterhin kann vorteilhaft in der Lauffläche selbst eine korrespondierende Vertiefung angeordnet sein, so dass die Rückzugplatte dort permanent anliegt und somit ein konstanter Abstand gewährleistet ist. Zudem kann die Abstützkraft, die an der Rückzugplatte mittels des Rückzugplattenlagers erzeugt wird, gleichzeitig dazu verwendet werden, die Schwenkwiege, an der die Lauffläche ausgebildet ist, in Position und insbesondere in ihrem Schwenkwiegenlager zu halten.
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Der Durchmesser des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass dieser Durchmesser gleich dem Durchmesser der Gleitschuhaufnahmeöffnungen ist.
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Der Stanz-Präge-Vorgang erfolgt bevorzugt in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten. Dabei wird in einem Schritt nach dem Erzeugen des veredelten Blechs zunächst ein Formteil, das einer Kreisscheibe entspricht, zur Ausbildung des kegelmantelförmigen Bereichs umgeformt. In einem Querschnitt schließt dabei die letztlich die Anlagefläche bildende Oberfläche einen Winkel von weniger als 180° ein.
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Das Einbringen des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers erfolgt vorzugsweise durch einen Prägevorgang und kann insbesondere gleichzeitig mit der Erzeugung der kegelstumpfmantelförmigen Geometrie durchgeführt werden. Der Mittelpunkt der kalottenförmigen Geometrie und die Spitze des Kegelstumpfs liegen dabei auf derselben Seite der Rückzugplatte.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine sowie das entsprechende Verfahren zur Herstellung der Rückzugplatte werden anhand der nachfolgenden Erläuterungen und der beigefügten Zeichnungen im Detail erläutert. Es zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine zur Erläuterung des Zusammenwirkens der Einzelteile einer Axialkolbenmaschine;
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2 einen Schnitt durch ein Formteil als Zwischenprodukt bei der Erzeugung der Rückzugplatte;
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3 eine perspektivische Darstellung einer fertigen Rückzugplatte; und
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4 eine vereinfachte Darstellung des Verfahrens zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung der Rückzugplatte.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 ist in einem Teilschnitt in der 1 dargestellt. Sie weist ein Gehäuse 2 auf, in dem drehbar gelagert eine Zylindertrommel 3 angeordnet ist. In die Zylindertrommel 3 sind mehrere Zylinderbohrungen 4 eingebracht, von denen zur Vereinfachung nur eine dargestellt ist. Die Zylinderbohrungen 4 stehen über Öffnungen 5, die an einer Stirnseite der Zylindertrommel 3 ausmünden, bei einer Drehung der Zylindertrommel 3 wechselweise mit einem Hochdruck- und einem Niederdruckanschluss eines Arbeitskreislaufs in Verbindung. Die Zylindertrommel 3 ist hierzu um ihre Zylindertrommelachse 6 drehbar. Die mehreren Zylinderbohrungen 4 sind gleichmäßig verteilt auf einem Umfangskreis um die Zylindertrommelachse 6 angeordnet. Auf der von der Öffnung 5 abgewandten Seite sind die Zylinderbohrungen 4 zur zweiten Stirnseite der Zylindertrommel 3 hin offen. In den Zylinderbohrungen 4 ist jeweils ein Kolben 7 längsverschieblich angeordnet.
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Jeder der Kolben 7 ist mit einem Gleitschuh 8 gelenkig verbunden. Der Gleitschuh 8 weist hierzu einen kugelförmigen Kopf auf, der in eine korrespondierende Ausnehmung seitens des Kolbens 7 eingreift. Die Ausnehmung bzw. der Kolben 7 umschließt den Kopf dabei soweit, so dass Zug- und Druckkräfte zwischen dem Gleitschuh 8 und dem Kolben 7 übertragbar sind. Die Gleitschuhe 8 liegen mit jeweils einer Gleitfläche 9, die an einem Fußbereich des Gleitschuhs 8 ausgebildet ist, an einer Lauffläche 10 gleitend an. Die Lauffläche 10 ist an einer Schwenkwiege 11 ausgebildet. Die Neigung der Schwenkwiege 11 relativ zu der Zylindertrommelachse 6 ist mittels einer Stellvorrichtung 12 einstellbar. Die Einstellbarkeit der Neigung der Schwenkwiege 11 und damit der Lauffläche 10 relativ zu der Zylindertrommelachse 6 ist an sich bereits bekannt. Auf eine ausführliche Darstellung wird daher an dieser Stelle verzichtet. Zum Aufnehmen der Druckkräfte stützt sich die Schwenkwiege 11 in einem Schwenkwiegenlager 13 ab. In diesem ist die Schwenkwiege 11 drehbar gelagert.
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Während einer Umdrehung der Zylindertrommel 3 führen die Kolben 7 in ihrer jeweiligen Zylinderbohrung 4 eine Hubbewegung durch. Im Falle einer Pumpe wird dabei die Zylindertrommel 3 angetrieben und während des Druckhubs das von dem Kolben 7 in der Zylinderbohrung 4 eingeschlossene Volumen verringert und so ein Volumenstrom durch die Öffnung 5 in den Arbeitskreis hinein erzeugt. Bei einer weiteren Drehung der Zylindertrommel 3 muss das von der Zylinderbohrung 4 und dem Kolben 7 eingeschlossene Volumen wieder erhöht werden. Um während dieses Saughubs den Gleitschuh 8 mit seiner Gleitfläche 9 an der Lauffläche 10 zu halten, ist eine Rückzugplatte 14 vorgesehen. Die Rückzugplatte 14 weist eine mit der Anzahl der Gleitschuhe 8 korrespondierende Anzahl von Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 auf. Die Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 sind dabei in ihrem Durchmesser so gewählt, dass sie über den Kopf des Gleitschuhs 8 auf den Fuß des Gleitschuhs aufgesetzt werden können. Dort liegt die Rückzugplatte 14 mit einer Anlagefläche an einer an dem Fuß ausgebildeten Rückhaltefläche 16 des Gleitschuhs 8 an.
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Zum Erzeugen der nötigen Rückhaltekraft stützt sich die Rückzugplatte 14 mit einem Rückzugplattenlager 17 an einem Lagerbolzen 18 ab. Der Lagerbolzen 18 ist mit einer Spiralfeder 19 belastet, die den Lagerbolzen 18 in Richtung auf die Schwenkwiege 11 zu beaufschlagt. Die Spiralfeder 19 und der Lagerbolzen 18 sind in eine Ausnehmung 20 eingesetzt, welche in der Zylindertrommel 3 als Sackbohrung ausgeführt ist. Die Ausnehmung 20 erstreckt sich dabei in Richtung der Zylindertrommelachse 6.
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Wie es im dargestellten Ausführungsbeispiel gut zu erkennen ist, ist die Rückzugplatte 14 zur Ausbildung des Rückzugplattenlagers 17 dort kalottenförmig ausgebildet. Der Mittelpunkt der kalottenförmigen Ausformung liegt dabei auf der von der Schwenkwiege 11 abgewandten Seite der Rückzugplatte 14. Der Lagerbolzen 18 ist auf seiner von der Spiralfeder 19 abgewandten Seite kugelförmig ausgestaltet und greift auf der konkaven Seite des Rückzugplattenlagers 17 in die kalottenförmige Geometrie ein.
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Die Rückzugplatte 14 ist, wie es nachfolgend noch detailliert erläutert wird, aus einem veredelten Blech spanlos gefertigt und weist daher eine im wesentlichen konstante Materialstärke auf. Änderungen in der Materialstärke ergeben sich lediglich durch Fertigungstoleranzen und durch Materialstreckung aufgrund der Umformung. Im Bereich des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers 17 kommt es zu einer zu der Schwenkwiege 11 hin gerichteten konvexen Seite des Rückzugplattenlagers 17. Diese konvexe Seite greift in eine Vertiefung 21 der Schwenkwiege 11 ein, so dass der Abstand der Rückzugplatte 14 von der Schwenkwiege 11 immer konstant ist. Mittels der Rückzugplatte 14 wird daher auch die Schwenkwiege 11 durch den Lagerbolzen 18 in Richtung auf das Schwenkwiegenlager 13 zu mit einer Kraft beaufschlagt.
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Details der Geometrie der Rückzugplatte 14 werden nachfolgend noch unter Bezugnahme auf die 2 und die 3 erläutert. In der 2 ist zunächst ein Querschnitt durch ein während der Herstellung erzeugtes Formteil der Rückzugplatte 14 dargestellt. Zu erkennen ist in der Mitte der Rückzugplatte 14 das kalottenförmige Rückzugplattenlager 17. Radial zur äußeren Umfangskante hin schließt sich ein kegelstumpfmantelförmig ausgebildeter Bereich A an. Dieser sorgt dafür, dass der Abstand der Anlagefläche 22 von der Lauffläche 10 ausgehend von dem kalottenförmigen Rückzugplattenlager 17 zum äußeren Umfang der Rückzugplatte 14 hinzu abnimmt. Auf diese Weise wird mit zunehmender Distanz von der Zylindertrommelachse 6 die Andrückkraft, die von der Rückzugplatte 14 über die Anlagefläche 22 auf die Gleitschuhe 8 ausgeübt wird, größer. Damit wird der Neigung der Gleitschuhe 8 zum Abheben auf ihrer von der Zylindertrommelachse 6 weiter entfernten Seite entgegengewirkt.
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Wie es in der 2 ebenfalls zu erkennen ist, ist der Mittelpunkt des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers 17 und die Spitze des Kegelstumpfs auf derselben Seite der Rückzugplatte 14 ausgebildet.
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Eine perspektivische Darstellung einer fertig bearbeiteten Rückzugplatte 14 ist in der 3 dargestellt. Bei der Herstellung der Rückzugplatte 14 wird zunächst die in der 2 dargestellte Geometrie aus einer zunächst kreisscheibenförmigen Grundform erzeugt. Diese kreisscheibenförmige Grundform ist ein veredeltes Blech konstanter Materialstärke t. Die Veredelung erfolgt dabei insbesondere im Hinblick auf die Oberflächengüte der Anlagefläche 22. Die hiervon abgewandte Seite des Blechs spielt hinsichtlich ihrer Beschaffenheit eine untergeordnete Rolle. Jedoch kann auch der Bereich, der zur Ausbildung des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers 17 vorgesehen ist, entsprechend veredelt sein. Die Veredelung erfolgt dabei insbesondere im Hinblick auf die Gleiteigenschaften.
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Nachdem eine erste Umformung durch Prägen zur Erzeugung des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers 17 und der kegelstumpfmantelförmigen Geometrie des Bereichs A erzeugt wurde, wird in einem nachfolgenden Stanzschritt die Mehrzahl von Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 eingebracht. Die Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 sind kreisförmig ausgeführt und sind gleichmäßig über den Umfang der Rückzugplatte 14 verteilt. Der Durchmesser der Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 und der Durchmesser des kalottenförmigen Rückzugplattenlagers 17 sind vorzugsweise identisch. Die Umformung und das Stanzen der Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 erfolgen ausgehend von einem Grundkörper mit Durchmesser D. Um Material einzusparen, kann dabei im Randbereich durch Stanzen Material abgenommen werden. Die verbleibenden Stege um die Gleitschuhaufnahmeöffnungen 15 weisen dabei abschnittsweise eine konstante Breite B auf. Zur Verdeutlichung der abschnittsweise konstanten Breite B der Stege ist ein Segment 20 dargestellt. Über den größten Teil dieses Segments 20 ist die äußere Umfangskante 19 der Rückzugplatte 14 parallel zu dem äußeren Bereich der Gleitschuhaufnahmeausnehmung 15. Lediglich zur Grenze des Segments 20 hin vergrößert sich die Stegbreite, um die Kerbwirkung beim Übergang zu dem benachbarten Segment zu verringern.
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Ein stark vereinfachter Verfahrensablauf ist noch einmal in der 4 dargestellt. Zunächst wird in Schritt S1 ein Grundkörper aus einem veredelten Blech hergestellt. Dieser Grundkörper, der vorzugsweise eine Kreisscheibe ist, wird anschließend in einem ersten Umformschritt S2 so zu einem Formteil umgeformt, dass ein kalottenförmiges Rückzugplattenlager 17 sowie der kegelstumpfmantelförmige Bereich A erzeugt wird. In dieses Formteil wird in Schritt S3 die Mehrzahl von Gleitschuhaufnahmeöffnungen durch Stanzen eingebracht. Gleichzeitig oder in einem nachfolgenden Schritt S4 wird der Randbereich angepasst, so dass sich die Abschnittsweise parallele Umfangskante 19 ergibt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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