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Die Erfindung betrifft einen Diffusor für ein hydraulisches Aggregat gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Fertigung eines Diffusors für ein hydraulisches Aggregat gemäß Anspruch 10.
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Ein Diffusor dient der Beruhigung und Verlangsamung einer Druckmittelströmung. Im Bereich der Hydraulik gilt es, kontrolliert und mit wenig Verwirbelung Druckmittel in Kavitäten oder Tanks einzuführen oder daraus abzusaugen. Entgasung ist dabei ebenfalls ein Ziel.
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Ein herkömmlicher Diffusor weist eine kreiszylindrische Mantelfläche, einen Boden und demgegenüber axial angeordnet eine Anschluss-Öffnung auf. Die Mantelfläche ist mit Durchgangsausnehmungen durchsetzt. Im zylindrischen Mantelteil ist ein Filtereinsatz eingesetzt. Eine Durchströmung des so ausgebildeten Diffusors kann entweder durch die Topföffnung oben axial eintreten und radial durch die Durchgangsausnehmungen austreten, oder die Durchströmung erfolgt in umgekehrter Richtung. Im ersten Fall wird beispielsweise über den Diffusor ein Tank mit Druckmittel beschickt, im zweiten Fall wird Druckmittel aus dem Tank angesaugt. Aufgrund der Beruhigung der Strömung im Diffusor kann Luft abgeschieden werden. Solch ein Diffusor weist jedoch eine hohe Anzahl an Teilen auf und der einfache, zylindrische Aufbau der Mantelflächen bietet strömungstechnisch nur wenig Optimierungsmöglichkeiten.
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Auf die Anmelderin gehen Lösungen zurück, diese Optimierung durch zweiwandige Diffusoren zu ermöglichen, wobei zur genannten Mantelfläche eine radial innere Mantel-Leitfläche angestellt vorgesehen ist, über deren Winkel- und Radius-Verlauf die Strömung gezielt beeinflussbar ist. Der Diffusor ist dabei als einfach zu fertigendes Stanz-Biegeteil gestaltet, wodurch die Formgebung wiederum limitiert ist.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Diffusor für ein hydrostatisches Aggregat mit variablerer Formgebung zu schaffen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Fertigung eines Diffusors zu schaffen, das eine variablere Formgebung ermöglicht.
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Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen Diffusor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, die zweite durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Diffusor, der zum Beschicken eines Reservoirs oder Tanks mit Druckmittel und/oder zur Entnahme von Druckmittel aus dem Reservoir vorgesehen ist, hat eine Anschluss-Öffnung zur Verbindung mit einer Druckmittelleitung, beispielsweise einem Rücklauf oder dergleichen, und einen Diffusor-Boden, von dem zusammen mit einem Außen-Mantel ein Innenraum des Diffusors begrenzt ist. Zur Ausbildung eines Druckmittelströmungspfades zwischen der Druckmittelleitung und dem Reservoir ist der Außen-Mantel von einer Vielzahl von Durchgangsausnehmungen siebartig, netzartig oder gitterartig durchsetzt. Erfindungsgemäß ist der Außen-Mantel oder der Boden, oder beide, zumindest abschnittsweise additiv gefertigt.
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Die additive Fertigung des Abschnitts ermöglicht Formgebungen, die mit bisherigen Fertigungsverfahren nicht erreichbar sind. Dies kann zur Optimierung der Strömungsverhältnisse im und am Diffusor genutzt werden, um dessen Funktion - insbesondere die Strömungsberuhigung - zu verbessern. So sind bei einem vorgegebenen Druckmittelvolumenstrom und vorgegebener Beruhigung noch kompaktere Bauformen, sowohl des Diffusors, als auch des Reservoirs und in Folge des hydraulischen Aggregats möglich.
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Ein weiterer Vorteil ist gegeben, wenn nur komplexe Geometrien des Diffusors additiv und weniger komplexe anderweitig gefertigt sind. Letztgenannte können dazu insbesondere als vorgefertigtes Einlege- oder Einsatzteil vorgesehen sein. Dies betrifft insbesondere den Abschnitt des Diffusors, an dem die Anschluss-Öffnung ausgebildet ist.
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Das Einsatzteil ist mit Vorzug ein Standard- oder Norm-Teil. So kann bei einer Fertigung sowohl auf die Fertigung als auch auf eine Nachbearbeitung des betreffenden Abschnitts verzichtet werden, wodurch der Diffusor bei verbesserter Funktion kostengünstiger ist.
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Das Einsatzteil ist oder hat vorzugsweise ein Kupplungsstück, ein Flansch, eine Mutter oder ein Rohrstück. Insbesondere hat es einen Innen- oder Außen-Gewindeabschnitt zur einfachen Befestigung.
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Vorzugsweise ist der Diffusor im Wesentlichen bezüglich einer Anschluss-Achse rotationssymmetrisch oder basiert in dieser Richtung zumindest abschnittsweise auf einer zylindrischen, konischen oder pyramidalen Form.
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Sind das Einsatzteil und der additiv gefertigte Abschnitt aus einem gleichen Material gebildet, so ist das direkte, additive Ansetzen ans Einsatzteil möglich und es ist eine stoffschlüssige Verbindung ohne weitere Mittel gegeben.
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Alternativ kann der gesondert additiv gefertigte Abschnitt natürlich mittels einer gesonderten stoffschlüssigen Verbindung angesetzt sein, beispielsweise mittels Schweißen, Hartlöten oder Kleben.
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Das Einsatzteil ist aufgrund seiner einfachen Geometrie mit Vorzug zumindest abschnittsweise nicht-additiv, insbesondere urgeformt oder spanend, gefertigt.
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In einer Weiterbildung ist der Innenraum von einem Innen-Mantel begrenzt, wobei auch dieser zumindest abschnittsweise additiv gefertigt ist. Diese zweiwandige oder zweimantelige Ausgestaltung ist wie bereits weiter oben erwähnt vorteilhaft, die Strömung zu optimieren.
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Ein Verfahren zur Fertigung eines Diffusors für ein hydraulisches Aggregat, der insbesondere gemäß wenigstens einem Aspekt der vorhergehenden Beschreibung ausgestaltet ist, weist zumindest einen Schritt „Additives Fertigen zumindest eines Abschnitts des Diffusors“ auf. Durch die additive Formgebung ist eine variablere Formgebung des Diffusors ermöglicht und Beschränkungen herkömmlicher Fertigungsverfahren in der Formgebung (Biegeradien, Stanzparameter, zu vermeidende Hinterschnitte, Mindest-Materialstärken zur Nachbearbeitung) entfallen größten Teils.
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Das Verfahren eignet sich daher für günstig herzustellenden Diffusoren, deren Design angepasst werden kann und die in Kleinserie hergestellt werden können.
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In einer Weiterbildung ist vom additiv gefertigten Abschnitt ein Druckmittelströmungspfad begrenzt, der sich von einer Anschluss-Öffnung des Diffusors zu Durchgangsausnehmungen in einer Außen-Mantelfläche des Diffusors erstreckt.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird der Abschnitt zweiwandig oder zweimantelig additiv gefertigt.
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Um Kosten zu reduzieren und Synergien aus der Anwendung von Standards zu ziehen, weist das Verfahren in einer Weiterbildung einen Schritt „Vorlegen eines Einsatzteils“ auf, welches insbesondere eine Anschluss-Öffnung zur Verbindung mit einer Druckmittelleitung einerseits und dem Innenraum andererseits hat. In Folge erfolgt der Schritt „Additives Fertigen des Abschnitts“, entweder direkt ans Einsatzteil - also durch direktes „Drucken“ auf das Einsatzteil - oder zunächst gesondert von diesem. Im letztgenannten Fall folgt noch ein Schritt „Verbinden des additiv gefertigten Abschnitts mit dem Einsatzteil“, insbesondere mittels stoffschlüssiger Verbindung.
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Im Folgenden wird je ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Diffusors und eines Verfahrens zur Fertigung eines Diffusors anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Diffusor gemäß einem Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht,
- 2 den Diffusor in einem Längsschnitt,
- 3 den Diffusor in Ansicht von unten,
- 4 den Diffusor in einer Seitenansicht,
- 5 den Diffusor in Ansicht von oben, und
- 6 ein Verfahren zur Fertigung des Diffusors mit einer Variante.
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Ein Diffusor 1 ist für einen Rücklauf hydraulischen Druckmittels in ein Reservoir oder einen Tank, beziehungsweise für ein Ansaugen daraus, ausgebildet. Er ist korb- oder topfförmig ausgeführt, hat einen zylindrischen Außen-Mantel 2 mit achteckigem Querschnitt. Stirnseitig oben hat er eine Anschluss-Öffnung 4 zur Verbindung mit einer Druckmittelleitung des Rücklaufs. Der Außen-Mantel 2 weist aufgrund seines polygonen Querschnitts Mantelsektoren 6 auf, die voneinander über Mantelecken 8 getrennt sind. Die Mantelsektoren 6 sind von Durchgangsausnehmungen 10 in gitter-, fenster-, oder siebartiger Struktur durchsetzt. Die Anschluss-Öffnung 4 ist konzentrisch an einer Mutter 12 ausgebildet, die ein Innengewinde 14 zur Schraubverbindung mit der Druckmittelleitung aufweist.
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2 zeigt den Diffusor in einem Längsschnitt, der von der Hochachse 15 des Diffusors 1 aufgespannt wird. Der Anschluss-Öffnung 4 gegenüber ist der Diffusor 1 von einem Boden 16 verschlossen, der sich als Innen-Mantel pyramidenförmig in Richtung der Anschluss-Öffnung 4 erstreckt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist mittels dem Boden 16 und dem Außen-Mantel 2 der Diffusor 1 zweiwandig ausgestaltet.
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Am Boden 16 ist Druckmittel, das durch die Anschluss-Öffnung 4 in den Diffusor 1 einströmt, umlenkbar, so dass es durch die Durchgangsausnehmungen 10 radial abströmen kann. Im anderen Fall, dem Ansaugen des Druckmittels aus dem Reservoir oder Tank, strömt das Druckmittel durch die Durchgangsausnehmungen 10 radial ein und wird vom Boden 16 hin zur Anschluss-Öffnung 4, also in axiale Richtung, umgelenkt.
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3 verdeutlicht den polygonartigen Aufbau des Diffusors durch die Ansicht von unten.
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4 zeigt den Diffusor in einer Seitenansicht.
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5 zeigt den Diffusor 1 in einer Ansicht von oben, wobei der Außen-Mantel 2 von der radial breiter ausgebildeten Mutter 12 verdeckt ist.
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Der Diffusor gemäß den 1 bis 5 ist bezüglich seines Außen-Mantels 2 und Innen-Mantels 16 (beziehungsweise Bodens 16) additiv gefertigt, woraus sich die Vorteile der sehr variablen Formgebung und Wandstärke und dergleichen ergeben, wie sie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits genannt wurden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren 18 zur Fertigung eines Diffusors 1 stellt das Flussdiagramm gemäß 6 dar. In einem ersten Schritt 20 wird die Mutter 12 als Einlege- oder Einsatzteil vorgelegt. In einem zweiten Schritt 22 (Diagramm rechts) erfolgt die additive Fertigung des Außenmantels 2 mit seinen Durchgangsausnehmungen 10 und dem Innen-Mantel 16 einstückig. Dabei wird der additiv gefertigte Abschnitt direkt auf die Mutter 12 „gedruckt“, sodass der dritte Schritt 24 „stoffschlüssige Verbindung mit der Mutter 12“ gleichzeitig mit dem Schritt 22 durch „Drucken“ der ersten Lagen auf die Mutter 12 erfolgt (22/24). So erfolgt das direkte Andrucken einer Freiform auf ein konventionell hergestelltes Normteil.
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Im bereits erwähnten anderen Fall, mit gesonderter additiver Fertigung, werden die Schritte 22 und 24 sequentiell durchgeführt (6 links). Die stoffschlüssige Verbindung der Mutter 12 mit dem gesondert additiv gefertigten Abschnitt 2, 16 zum einstückigen Diffusor 1 erfolgt dann beispielsweise mittels Hartlöten oder Schweißen.
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Offenbart ist ein Diffusor für ein hydraulisches Aggregat zum strömungsberuhigten Auslassen und optional Ansaugen von Druckmittel, der zumindest abschnittsweise additiv gefertigt ist. Offenbart ist weiterhin ein Verfahren zur additiven Fertigung eines derartigen Diffusors.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Diffusor
- 2
- Außen-Mantel
- 4
- Anschluss-Öffnung
- 6
- Mantelsegment
- 8
- Mantelecke
- 10
- Durchgangsausnehmung
- 12
- Verbindungsabschnitt
- 14
- Innengewinde
- 16
- Innen-Mantel
- 18
- Verfahren
- 20
- vorlegen Einsatzteil
- 22
- additives Fertigen
- 24
- stoffschlüssiges Verbinden
