DE4034766A1 - Umformrollverfahren zur montage von kolben und gleitschuhen in hydraulischen axialkolbenmaschinen - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft den Maschinenbau, im Bereich der Hydraulik speziell die Axialkolbenmaschinen nach der Schrägscheibenbauart. In der Ausführung als Pumpe setzen sie die mechanische Antriebsleistung in hydraulische Leistung (Druck und Förderstrom) um. Als Motor ausgelegt wird die hydraulische Leistung in mechanische Abtriebsleistung umgesetzt.

Bei dem Schrägscheibenprinzip sind die beiden wesentlichen Bauteile, Kolben und Gleitschuh, durch ein Kugelgelenk verbunden. Hier ist am Kolben die Kugel angeformt, der Gleitschuh bildet die Kalotte.

Bei der Montage müssen beide formschlüssig mit hoher Präzision miteinander verbunden werden. Das geschieht durch Umformen des überstehenden Gleitschuhwerkstoffes um die Kolbenkugel.

Stand der Technik

Bei den Herstellern von Axialkolbenmaschinen in der Bundesrepublik z. B. Linde Aschaffenburg, Hydromatik Ulm, Brueninghaus Horb/Neckar, erfolgt die Montage zur Zeit in zwei getrennten Bearbeitungsgängen mit zwei separaten Maschinen.

Der Gleitschuh wird zuerst vorgebördelt (Bild 1), d. h. der Werkstoff wird durch zusammenpressen in einem zwei- bzw. dreigeteilten Werkzeug (Bild 2) um die Kolbenkugel gezogen. Dabei wird der umgeformte Werkstoff derart verspannt daß das Kugelgelenk nur unter großem Kraftaufwand zu Bewegen ist.

Im zweiten Bearbeitungsgang wird durch Andrücken einer Profilrolle an den sich drehenden Gleitschuh der Werkstoff entspannt (Bild 3). Durch die Rückfederung des umgeformten Werkstoffes entsteht ein axiales Spiel.

Problemstellung

Beim Bördelvorgang fließt, solange wie das Werkzeug noch nicht vollständig geschlossen ist, der Gleitschuhwerkstoff in den Spalt zwischen die Werkzeugsegmente (Bild 2). Dadurch kann sich der umgeformte Gleitschuhwerkstoff nicht vollständig an die Kolbenkugel anschmiegen.

Die Zugbelastung tragende Gleitschuhfläche des Kugelgelenks beschränkt sich somit auf zwei bis drei Flächensegmente (Bild 4), je nach Teilung des Bördelwerkzeuges.

Ein nicht zu vermeidender Verschleiß dieser tragenden Flächensegmente führt schon nach kurzer Laufzeit zu vergrößertem Axialspiel.

Die mit sehr hoher Beschleunigung erfolgende Umkehrung der Bewegungsrichtung, beim Wechsel vom Druck- zum Saughub, bewirkt Trägheitskräfte deren Einfluß bei vergrößertem Axialspiel zu einer steigenden stoßartigen Zubelastung des Kugelgelenks führen. Die entstehenden Druckspitzen belasten das Hydrauliksystem zusätzlich. Ebenso wird auch die Lebensdauer des Kugelgelenks dadurch reduziert.

Erfindung

Es wird bei dem neuen Umformverfahren (Bild 5) der gesamte Bearbeitungsgang des Bördelns eingespart. Die beiden zu Montierenden Teile, Kolben (1) und Gleitschuh (2) werden getrennt eingelegt und in einem Arbeitsgang durch Rollumformung verbunden. Der Gleitschuh (2) wird in einem pneumatisch betätigten Spannzangen-Spannstock (3) fixiert, der Kolben (1) in eine axial federbelastete Kolbenaufnahme (4) eingelegt.

Die Kolbenaufnahme (4) ist gegenüber dem rotierenden Dreibackenfutter (5) drehbar gelagert. So kann der Kolben (l) stillstehen, wenn er beim Umformen des Gleitschuhes (2) als Gegenform dienend, durch die Umformrollen (6) eingeklemmt wird. Der Spannzangen-Spannstock (3) mit dem Gleitschuh (2) wird auf einer schrittmotorgetriebenen Lineareinheit befestigt, mit einer Genauigkeit von 1/100 mm zwischen die drei Umformrollen (6) positioniert.

Das 3-Backen-Kraftspannfutter (5) wird durch den stufenlos drehzahlgeregelten Spindelantrieb in Drehung versetzt und von einem in seiner Spanngeschwindigkeit ebenso stufenlos variablen Elektrospanner betätigt.

Die Umformrollen (6) werden für jede Baugröße der Gleitschuhe (2) bis zu einer mechanisch definierten Endstellung gefahren.

Der Umformvorgang ist nun hinsichtlich seines Umformgrades und der Umformgeschwindigkeit (Backenvorschub/Spindeldrehzahl) exakt definiert.

Gewerbliche Verwendung

Aufgrund der industriellen Verwendung der Axialkolbenmaschinen für hydrostatische Antriebe (z. B. Baumaschinen, Gabelstapler, Flugzeuge) ergibt sich die gewerbliche Anwendung.

Vorteile

Durch die Montage in einem Arbeitsgang wird die Fertigungszeit erheblich verkürzt.

Die Umformung durch einen reinen Rollvorgang ergibt eine durchgehend tragende Fläche bei Zugbelastung des Kugelgelenks. Das Verschleißverhalten des Kugelgelenks ist erheblich verbessert. Die Umformgeschwindigkeit wird dem jeweiligen Gleitschuhwerkstoff, Messing oder Stahl, angepaßt.

Das Axialspiel zwischen Kolbenkugel und Gleitschuhkalotte kann exakt definiert werden.

Ausführung der Erfindung

Die Erfindung ist konstruktiv entwickelt und fertigungstechnisch zu einem Prototyp umgesetzt worden (Bild 6 bis 9) .

Claims (4)

1. Umformrollverfahren zur Montage von Kolben und Gleitschuhen in einem Arbeitsgang. Gleitschuhe sowohl aus Stahl als auch aus Kupferlegierung. Zum Einsatz der montierten Kolben-Gleitschuh- Baugruppe in hydraulischen Axialkolbenmaschinen.
2. Besondere Kennzeichen:
   Das neue Umformrollverfahren mit erheblicher Verkürzung der Fertigungszeit, erfolgt in einem Arbeitsgang ohne Vorbördeln bzw. Vorpressen des Gleitschuhs.
3. Wesentlich verbessertes Verschleißverhalten des Kugelgelenks durch vollständig tragende Fläche der Gleitschuhkalotte bei Zug­ belastung, d. h. kein punktuelles Anschmiegen durch Fließverluste in Trennfugen bei geteiltem Vorbördel-/Preßwerkzeug.
4. Exakt definierte Umformung hinsichtlich Umformgrad und Umformgeschwindigkeit durch variable, speicherbare, repro­ duzierbare Einstellung von Profilrollenvorschub, Spindeldrehzahl und Gleitschuhposition.