DE3822329A1 - Verfahren zum herstellen einer triebwelle fuer eine hydrostatische maschine sowie eine solche triebwelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Triebwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 8.

Die Triebwelle einer hydrostatischen Maschine der Schrägachsenbauart (Hydropumpe, -motor) besteht in üblicher Weise aus einem Wellenabschnitt mit wenigstens einer radialen und axialen Lagerstelle und einem Wangenab­ schnitt mit auf seiner Stirnseite angeordneten axialen Lagerstellen für die Kolbenköpfe der zugehörigen hydrosta­ tischen Maschine. Diese axialen Lagerstellen werden vorzugsweise durch halbkugelförmige Kalotten in der Stirnseite des Wangenabschnitts gebildet, wobei bei einer bekannten Ausgestaltung sowohl die Kalotten für die Kolben als auch eine zentrale Kalotte für einen zentral zwischen den Kolben vorhandenen Mittelzapfen der hydrostatischen Maschine durch schalenförmige Bronzeteile gebildet sind, die in Ausnehmungen eingesetzt bzw. eingepreßt sind.

Eine solche Herstellung ist aufwendig, weil jede Kalotte mit einem Bronzeteil auszukleiden ist und deshalb eine Vielzahl Passungen hergestellt werden müssen, nämlich innen- und außenseitig der Bronzeteile sowie der letztere aufnehmenden Ausnehmungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren zur Herstellung der Triebwelle bzw. die Triebwelle selbst so weiterzubilden, daß eine einfachere und preiswertere Herstellung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.

Beiden erfindungsgemäßen Lösungen ist der Vorteil gemeinsam, daß die Lagermaterialteile fest mit der Triebwelle verbunden sind, so daß es keiner besonderen Maßnahmen zur Sicherung der Lagermaterialteile an der Triebwelle bedarf, wie Sicherung gegen Herausfallen und Drehsicherung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die das Lagermaterial bzw. die Lagermaterialteile aufnehmenden Ausnehmungen am Wangenabschnitt sowohl hinsichtlich Maßgenauigkeit als auch Oberflächengüte nur grob hergestellt zu werden brauchen, wozu ein wesentlich geringerer Herstellungsaufwand erforderlich ist. Zu letzterem trägt auch bei, daß ein gemeinsames oder alle an der Stirnseite vorhandenen Lagermaterialteile gemeinsam durch Ausgießen hergestellt und dann in gemeinsamer Aufspannung auf Maß bearbeitet werden können. Dabei läßt sich auch eine genaue Positionierung der Lagerkalotten auch hinsichtlich ihrer Position gegenüber der radialen Lagerstelle des Wellenabschnitts erzielen, und es können alle Lagerflächen, nämlich sowohl die Lagerflächen der axialen Lagerstellen als auch die Lagerflächen der radialen Lagerstellen nach dem Zusammenschweißen durch Entbearbeitung in einer Aufspannung angebracht werden, wodurch ebenfalls einer hohen Maßhaltigkeit Rechnung getragen wird.

Die Herstellung der Triebwelle läßt sich auch dadurch wesentlich vereinfachen und verbilligen, daß sie aus zwei Teilen hergestellt wird und somit jedes Teil von einfacher Form ist, die sich mit geringem Materialver­ lust herstellen läßt. Dies gilt sowohl für den Fall, daß die Teile sowohl aus gegossenen als auch insbesondere in einem Gesenk geschmiedeten Rohteilen hergestellt werden. Dabei ist es günstig, die Teilungsfuge bzw. Trennstelle nahe der den axialen Lagerstellen abgewandten Stirnseite des Wangenabschnitts anzuordnen. Durch Verschweißen läßt sich eine ausreichende Festigkeit für die Triebwelle erzielen. Aufgrund der Zweistückigkeit der Triebwelle ist es möglich, zum Ausgießen des Lager­ materials lediglich das die Lagerkalotten enthaltende Teil heranzuziehen, so daß zum einen eine kleinere Wärmekammer und zum anderen weniger Wärmeenergie ver­ braucht wird, als wenn die Triebwelle insgesamt erwärmt werden müßte.

Die erfindungsgemäßen Vorteile sind immer dann erreichbar, wenn die axialen Lagerstellen durch Wärmeeinwirkung hergestellt sind, wobei die Wärmeeinwirkung dazu dienen kann, Lagermaterial auszugießen oder vorhandenes Lager­ material zu verfestigen bzw. an seiner Oberfläche zu behandeln, wie es z.B. beim Härten, ggfs. Oberflächen­ härten, oder Vergüten der Fall ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Hervorgehoben seien hier noch die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 4 bis 6. Gemäß Anspruch 4 werden die Triebwellenteile durch Reibschweißen miteinander verbunden, wodurch aufgrund gemeinsamer Verschweißung der gesamten Anlage­ fläche bei einer verhältnismäßig geringen Wärmezufuhr eine hohe Festigkeit bei einer kurzen Fertigungszeit erreicht wird. Diese wirkt sich auch sehr günstig auf einen Verzug der Triebwelle aus, der zu Spannungen führt und grundsätzlich unerwünscht ist. Durch die Maßnahme nach Anspruch 5 wird nicht nur Gewicht einge­ spart, sondern diese Maßnahme trägt auch dazu bei, im wesentlichen gleich dicke Wandstärken zu erzielen, wodurch ebenfalls schädlichen Verzugserscheinungen und Spannungen vorgebeugt wird. Beim Verfahrensschritt nach Anspruch 6 läßt sich mit geringem Energieverbrauch eine Vergütung und somit eine angestrebte Festigkeit erreichen. Dabei kann durch gesteuerte Abkühlung die gewünschte Wärmebehandlung in einfacher Weise erreicht werden.

Die in den Ansprüchen 7 und 15 enthaltenen Maßnahmen ermöglichen auf einfache Weise die Zuordnung der Lager­ kalotten zu den Ausnehmungen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in einer Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Triebwelle in der Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Fig. 2 ein Teil der Triebwelle in einem Zwischen­ stadium ihrer Herstellung in der Seitenan­ sicht von rechts;

Fig. 3 und 4 die Triebwelle in weiteren Zwischenstadien ihrer Herstellung.

Die allgemein mit 1 bezeichnete Triebwelle besteht aus zwei axialen Teilen, nämlich einem Wellenteil 2 und einem Wangenteil 3, die an der mit 4 bezeichneten Trennstelle durch Reibschweißen miteinander verschweißt sind. Das gegenüber dem Wangenteil 3 im Durchmesser wesentlich kleinere Wellenteil 2 weist wenigstens eine radiale Lagerstelle 5 und eine axiale Lagerstelle 6 zu seiner Lagerung in einem Gehäuse einer hydrostatischen Maschine, nämlich einer Hydropumpe oder einem Hydromotor, auf. An seinem das Gehäuse nach außen durchfassenden Ende ist ein Anschlußzapfen 7 für den Anschluß des anzutreibenden bzw. treibenden Maschinenteils vorgesehen, wobei andeutungsweise ein zylindrischer Anschlußzapfen 7 mit einem Dreh-Mitnahmekeil 8 oder ein Anschlußzapfen 7 mit einem Gewinde auf seiner Mantelfläche vorgesehen sein kann. Die Trennstelle 4 befindet sich in einem Abstand a von der rückseitigen Stirnseite 11 des Wangen­ teils 3.

Das flanschförmige Wangenteil 3 weist an seiner Stirnsei­ te 12 eine Mehrzahl, hier sieben Lagerkalotten 13 auf, die gleichmäßig verteilt auf einem Teilkreis 14 angeordnet sind. Die Lagerkalotten 13 werden durch in kugelabschnittförmigen Ausnehmungen 15 gebildet, deren Flächen mit einem Gleit- bzw. Lagermaterial 16 beschichtet sind. Die Lagerkalotten 13 dienen zur Aufnahme von entsprechend kugelförmig geformten Kolben­ köpfen, wobei aufgrund einer gegenüber der Längsachse 17 der Triebwelle 1 geneigten Anordnung eines die Kolben aufnehmenden Zylinders bei einer relativen Verdrehung zwischen der Triebwelle 1 und dem Zylinder die Kolben zu ihrer Antriebsbewegung längs verschoben werden. Diese Anordnung einer hydrostatischen Maschine in Schrägachsenbauart ist an sich bekannt, und deshalb sind der Zylinder und die Kolben aus Vereinfachungsgründen auch nicht dargestellt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu den Lagerkalotten 13 eine zentrale Lagerkalotte 18 vorhanden, die entsprechend den Lagerkalotten 13 ausgebil­ det ist und zur Aufnahme eines an sich bekannten, gegenüber den Kolben mittig angeordneten Lagerzapfens dient. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, daß der Krümmungsmittelpunkt 19 aller Lagerkalotten 13, 18 in der Stirnfläche der Stirnseite 11 liegt, so daß sich Halbschalen für die Lagerkalotten 13 ergeben. Demgegenüber ist die Lagerkalot­ te 18 über die Stirnfläche bzw. -seite 11 hinaus durch eine zylindrische Verlängerung 21 verlängert, und zwar um das mit v bezeichnete Maß. Außenseitig ist die Verlängerung 21 durch einen einstückig von der Stirnseite 11 ausgehenden Ringansatz 22 dicht umschlossen, wodurch die Verlängerung 21 des hier mit 16.1 bezeichneten Lagermaterials außenseitig abgestützt bzw. armiert ist. Hierdurch ist es möglich, auch für die Lagerkalot­ te 18 ein verhältnismäßig weiches Lagermaterial (Bronze) zu verwenden anstelle eines harten Lagematerials, wie es bei bekannten Ausgestaltungen der Fall ist.

Beide Lagerkalotten 13, 18 weisen in ihrer Grundmitte einen Freischnitt 23 auf, wobei vom Freischnitt 23 der zentralen Lagerkalotte 18 eine Schmierbohrung 18 ausgeht, die zur Schmierung der mindestens einen radialen Lagerstelle 5 dient und im Bereich dieser Lagerstelle radial aus der Triebwelle 1 austritt (nicht dargestellt).

Wie schon erwähnt, wird die Triebwelle 1 durch das Zusammenschweißen durch Reibschweißen des Wellenteils 1 und des Wangenteils 2 gebildet, wobei das Wellenteil 2 und das Wangenteil 3 jeweils separat vorgefertigt werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das Wellenteil 2 und das Wangenteil 3 vorzugsweise in einem Gesenk geschmiedete Teile bzw. Rohlinge, und zwar Hohlteile, jeweils mit einer zur Trennstelle 4 hin offenen Ausnehmung 25, 26, die sich beim Wellenteil 2 bis in die Nähe des Anschlußzapfens 7 und beim Wangen­ teil 3 bis in die Nähe der Lagerkalotten 13, 18 erstreckt.

Beim Wangenteil 3 ist der Grund der Ausnehmung 26 an die Form der vorhandenen Lagerkalotten 13, 18 angepaßt, so daß sich im wesentlichen gleiche Wanddicken b, c im Bereich der Lagerkalotten 13, 18 ergeben. Vorzugsweise ist auch die Dicke d der den Hohlraum 25, 26 umgebenden Ringwand 28 an die Wanddicke b und c angepaßt, so daß im Bereich der Trennstelle 4 bzw. der Reibschweiß­ naht 29 im wesentlichen gleiche Wanddicken b, c, d vorhanden sind. Hierdurch werden Verzugserscheinungen und daraus resultierende Spannungen auf ein Minimum reduziert.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Beschich­ tung der Ausnehmungen 15 mit Lagermaterial durch Ausgießen mit dem Lagermaterial und einer späteren spanabhebenden Überarbeitung erzeugt. Der mit 31 bezeichnete und in Fig. 2 in der Stirnansicht dargestellte Wangenteil- Rohling weist hierzu nicht nur die Ausnehmungen 15 für die Lagerkalotten 13 und 18 auf, die vorzugsweise ebenfalls durch Schmieden bzw. Gesenkschmieden eingeformt worden sind, sondern auch einen weiteren, mit den Ausnehmungen 15 in Verbindung stehenden Füllraum 32, der durch einen axialen Randansatz 33 in Form einer ringförmigen Verlängerung an der Stirnseite 11 des Rohlings 31 umgeben und somit gebildet ist. Der Ringan­ satz 22 ist ebenfalls schon am Rohling 31 vorhanden, jedoch in einer etwas vergrößerten Form (22.1), so daß er nach dem Ausgießen spanabhebend auf seine endgül­ tige Form gebracht werden kann.

Zum Ausgießen wird der Rohling 31 in einer Position mit nach oben weisendem Füllraum 32 in eine nicht dargestellte Wärmvorrichtung eingesetzt und bei Zugabe des Lagermaterials, hier Bronze, oberhalb des Schmelz­ punktes des Lagermaterials erwärmt. Hierbei werden die Lagerausnehmungen 13, 18 gleichzeitig bzw. gemeinsam mit dem gleichen Lagermaterial vergossen, vgl. Fig. 3. Die Höhe h des Füllraums 32 ist so groß bemessen, daß trotz der beim Vergießen horizontalen Anordnung des Rohlings 31 sich ergebende Unebenheiten oder Material­ fehler aufgrund von Blasenbildung abgedreht werden können, hier bis zu den gestuften Stirnflächenabschnitten 30, 30.1. Aufgrund der verhältnismäßig geringen Höhe H des Wangenteil-Rohlings 31 bedarf es einer kleinen Wärmvorrichtung, in der der Rohling energiesparsam erwärmt werden kann.

Wie aus Fig. 4 deutlich zu entnehmen ist, weist der Triebwellen-Rohling oder Wangenteil-Rohling 31, wenn die Triebwelle nicht aus zwei Teilen zusammengesetzt ist, eine Kennzeichnung im Bereich seiner Stirnseite 11 auf, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Kerbe 34 am Umfangsrand gebildet ist. Aufgrund dieser Kennzeichnung, die in Umfangsrichtung in einem bestimmten Bezug zu den Lagerkalotten 13, hier auf der Winkelhalbierenden von zwei einander benachbarten Lagerkalotten 13, steht, läßt sich in einfacher Weise die Position der Lagerkalotten 13 bestimmen, was für die spanabhebende Nachbearbeitung vorzugsweise durch Drehen oder Fräsen von Bedeutung ist, um die Lagerkalot­ ten 13 im Bereich der zugeordneten Ausnehmungen 15 ausarbeiten zu können. Beim vorliegenden Ausführungsbei­ spiel ist zusätzlich im Bereich der Kerbe 34 auch noch ein Vorsprung 35 an der Innenwand des Randansatzes 33 vorhanden, der eine Formschlußverbindung mit dem ausge­ gossenen Lagermaterial bildet.

Fig. 4 zeigt den aus den Wangenteil-Rohling 31 und dem Wellenteil-Rohling 35 zusammengeschweißten Triebwel­ len-Rohling 36. Das Schweißen erfolgt durch Reibschweißen, wobei die beiden Rohlinge 31, 35 relativ zueinander um ihre Achsen 17 gedreht werden und dabei die Kontakt­ flächen (Ringflächen) miteinander verschweißen. Danach werden die Übermaße des Rohlings 36 insbesondere an der Stirnseite 12 und auf der Mantelfläche des Wellenab­ schnitts spanabhebend auf Maß bearbeitet. Die Kerbe 34 ermöglicht dabei die genaue Zuordnung der jeweiligen Lagerkalotte 13 zur zugehörigen Ausnehmung 15, so daß etwa gleiche Wanddicken des Lagermaterials 16, 16.1 ausgearbeitet werden können.

Aufgrund des Ausgießens der Lagerkalotten 13, 18 läßt sich die Triebwelle 1 nicht nur einfach und kostengünstig herstellen, sondern sie ist aufgrund der Anordnung des Hohlraums 25, 26 auch von geringem Gewicht, und sie eignet sich deshalb insbesondere für solche hydrosta­ tische Maschinen, die sehr schnell, d.h. in Bruchteilen einer Sekunde, in Betrieb gesetzt bzw. abgebremst oder entsprechend in ihrem Durchsatzvolumen verstellt werden.

Claims (17)

1. Verfahren zum Herstellen einer Triebwelle (1) aus Stahl für hydrostatische Maschinen der Schrägachsenbau­ art, bestehend aus einem Wellenabschnitt (2) mit wenigstens einer radialen Lagerstelle (5) und einem Wangenabschnitt (3) mit an seiner Stirnseite (11) angeordneten axialen Lagerstellen (13, 18), dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (1) in zwei separaten Teilen (2, 3) hergestellt wird, die Lagerstellen (13, 18) am sie enthaltenden Teil (3) einer Wärmebehandlung unterzogen werden und dann die beiden Teile (2, 3) miteinander verschweißt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Lagerstellen (13, 18) vor dem Zusammen­ schweißen der Teile (2, 3) mit einem Lagermate­ rial (16, 16.1) ausgegossen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagermaterial (16) in vorher am die Lagerstel­ len (13, 18) enthaltenden Teil (3) angebrachten Ausnehmungen (15, 32) vergossen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (2, 3) durch Reib­ schweißen miteinander verbunden werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (2, 3) mit Hohlräumen, die vorzugsweise an den aneinander zugewandten Seiten offen sind, hergestellt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das die axialen Lagerstellen (13, 18) enthaltende Teil (3) unter Ausnutzung der beim Ausgießen vorhandenen Wärme ggfs. durch eine gesteuerte Abkühlung vergütet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausgießen des die axialen Lagerstellen (13) enthaltenden Teils (3) eine Kerbe an diesem Teil (3) angebracht wird, die in einem bestimmten Bezug zu den Lagerstellen (13) steht.

8. Triebwelle aus Stahl, für eine hydrostatische Maschine der Schrägachsenbauart, bestehend aus einem Wellenab­ schnitt (2) mit wenigstens einer radialen Lagerstel­ le (5) und einem Wangenabschnitt (3) mit an seiner Stirnseite (11) angeordneten axialen Lagerstellen (13, 18) , dadurch gekennzeichnet, daß die Triebwelle (1) aus zwei, axial zusammengesetzten und miteinander verschweißten Teilen (2, 3) besteht und die axialen Lagerstellen (13, 18) mittels Wärmeeinwirkung herge­ stellt sind.

9. Triebwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Lagerstellen (13, 18) durch Ausgießen eines Gleit- bzw. Lagermaterials (16) und spanabheben­ de Nachbearbeitung gebildet sind.

10. Triebwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagematerial (16) in vorgefertigte Ausnehmun­ gen (15) vergossen ist.

11. Triebwelle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohling (31) des die axialen Lagerstellen (13, 18) enthaltenden Wangenab­ schnitts (3) einen von seiner dem Wellenabschnitt (2) abgewandten Stirnseite (11) vorspringenden, einen Füllraum (32) für das Lagermaterial (16) bildenden Randansatz (33) aufweist.

12. Triebwelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Lagerstellen durch eine Mehrzahl auf wenigstens einem Teilkreis (14) angeordnete Lagerkalotten (13) und vorzugsweise eine zentrale Lagerkalotte (18) gebildet sind.

13. Triebwelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsmittelpunkt (19) der Lagerkalotten (13, 18) in einer in der Stirnfläche (30) liegenden Ebene liegt.

14. Triebwelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zentrale Lagerkalotte (18) über die Stirnfläche (30) hinaus verlängert und von einem von der Stirnfläche (30) vorspringenden Kragen (22) umschlossen ist.

15. Triebwelle nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der die axialen Lagerstel­ len (13, 18) enthaltende Wangenabschnitt (3) eine Kennzeichnung, vorzugsweise in Form einer Kerbe (34) oder einer Erhebung, aufweist, die in Umfangsrichtung in einem bestimmten Bezug zu wenigstens einer Lagerstelle (13) steht.

16. Triebwelle nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (2, 3) durch Reibschweißen miteinander verbunden sind.

17. Triebwelle nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abschnitte (2, 3) Hohlteile sind, vorzugsweise Hohlteile mit an den aneinander zugewandten Seiten offenen Hohlräumen (25, 26).