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Verfahren zur Befestigung eines Hohlrades an den mehreckigen Kolben
einer Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart Die Erfindung bezieht sich ;'uf
ein Verfahren zur Befestigung eines Hohlrades an dem mehreckigen Kolben einer fotationskolbenmaschine
in Trochoidenbauert. Dieses Hohlrad steht mit einem feststehenden, am Gegäuse der
Rotationskolbenmaschine befestigten Ritzel in Eingriff und dient dazu, den mehreckigen
Kolben in einer bestimmten Phnsenlege zu der trochoidenförmigen inneren M@ntelfläche
des Gehäuses zu halten.
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Bisher erfolgte die Befestigung des Hohlrades am Kolben durch eine
Mehrzahl von Schrauben. Diese Art der Befestigung ist verhältnismäßig aufwendig
und sie erfordert außerdem eine relativ große radiale Breite außerhalb der Verzahnung
für die Unterbringung der Schrnubverbindung.
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Es ist bekannt, zwei Maschinenteile miteinnnder durch Reibschweißen
zu verbinden. Dabei wird das erste Maschinenteil feistgehalten und dis zweite Naschinenteil
in Drehung versetzt und gegen das erste Meschinenteil gedriickt, wobei durch die
dabei erzeugte @eibungswärme ein Verschwißen der beiden Maschinenteile an ihren
Berührungsstellen eintritt. Diese Art der Verbindung läßt sich in außerordentlich
kurzer Zeit durchführen. Eine Anwendung dieses Verfahrens auf die Yerbindung des
Hohlrades mit dem Kolben in der Weise, daß der Kolben festgehalten und ds Hohlrad
in Drehung versetzt und
gegen eine Stirnfläche des Kolbens gedrückt
wird, begegnte Jedoch erheblichen Schwierigkeiten. Diese Schwierigkeiten sind darin
zu sehen, daß die Verzahnung des Hohlrades eine genau vorbestimmte Winkellage zur
Außenkontur des mehreckigen Kolbens haben muß, Die zulässige Abweichung liegt in
der Größenordnung von einigen Bogenminuten. line derart genaue winkelgerechte Befestigung
läßt sich bei zwei relativ zueinander drehenden Teilen nicht erreichen. Ferner muß
die Verzahnung sehr genau koaxial zur Drehachse des Kolbens liegen, was mit dem
bekannten Reibschweißverfahren ebenfalls praktisch nicht erreichbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren au schaffen,
mit welchem eine Befestigung des Hohlrades am Kolben durch Reibschweißen unter Einhaltung
der vorstehend erwähnten Bedingungen ermöglicht wird.
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Das erfindungsgeuäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das
Hohlrad mit seinem Außendurchmesser in einer entsprechenden zentrischen Bohrung
des Kolbens zentriert und seine Verzahnung in eine vorbestimmte Phasenlage zur äußeren
Umfangsfläche des Kolbens gebracht und der Kolben gegen eine Drehung und Axialverschiebung
relativ zum Kolben festgelegt wird, Daß dann ein die kreisförmige Trennfuge zwischen
dem Hohlrad und dem Kolben überdeckender Reibring an die angrenzenden lochen des
Hohlrades und des Kolbens axial angedrückt wird, nachdem eine relative Drehbewegung
zwischen dem Reibring und dem Kolben mit Hohlrad erzeugt wurde, wobei die Relativgeschwindigkeit
und der Anprodruck so gewählt werden, daß durch die erzeugte Reibungswärme ein Verschweißen
des Reibring-s mit dem Kolben und dem Hohlrad sowie vorzugsweise auch ein Verschweißen
des Kolbens mit dei Hohlrad im Bereich der Trennfuge erfolgt, und darauf die Relatitbewegung
aufgehoben, ein Anpressdruck Jedoch bis zur Verfestigung der Schweißstelle aufrecht
erhalten wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet es, daß das Hohlrad mit sehr
großer Genauigkeit init dem Kolben durch Reibschweißen verbunden werden kann.
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Die Feibschweinung kann an miteinander fluchtenden Stirnflächen des
Hohlrades und des Kolbens auegefiillrt werden, wobei die an die Trennfuge angrenzenden
Flächen des Hohlrades und des Kolbens miteinander fluchtend ausgerichtet werden
und ein Reibring verwendet wird, dessen andrückendes axiales Ende eine ebene Stirnfläche
aufweist. Um eine Vergrößerung der Reibfläche zu erreichen, können die an die Trennfuge
angrenzenden Flächen des Hohlrades und des Kolbens von innen nach außen konvergierend
ausgebildet werden, se da sie eine im Querschnitt V-förmige Nut begrenzen, wobei
ein Leibring verwendet wird, dessen andrückendes axiales Ende einen entsprechenden
sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
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Der Reibring kann nach dem Anschweißen ganz oder teilweise abgedreht
werden.
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Die Erfindung betrifft auch einen Kolben mit einem entsprechend dem
vorgenannten Verfahren befestigten Hohlrad, wobei das Hohlrad mit einer Seitenwand
des Kolbens verbunden ist. Das Hohlrad kann jedoch auch mit der Nabe des Kolbens
verbunden werden, Gemäß einer Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist das Hohlrad
an einem axialen Ende einer in der Kolbennabe eingesetzten LagerbUchse angeordnet,
die an ihrem anderen axialen Ende durch die Reibschweißung mit der Nabe verbunden
ist. Diese Lagerb<ichse wird so in die Kolbennabe eingepreßt oder eingeschrumpft,
daß die Verzahnung des Hohlrades die richtige Lage relativ zur Kolben-Außenkontur
hat. Der Schrumpf- oder Preßsitz sichert die LagerbUchse außerdem gegen Verdrehung
und Axialverschiebung relativ zum Kolben, so daß eventuell nur schwache zusatzliche
Haltevorrichtungen erforderlich sind. Dadurch, daß bei dieser Ausführung die Peibschweißung
an einer Stelle erfolgt, die relativ weit von der Verzahnung des Hohlrades entfernt
ist, ist auch keine Beeinträchtigung der Verzahnung durch die entstehende Iteibungswärme
zu befürchten.
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Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf
die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt@ Fig. 1 einen Längsschnitt durch den
Kolben einer Rotationskolbenmaschine in Trochoidenbauart, Fig. 2 einen Teil- Längsschnitt
durch einen Kolben mit einer zweiten Ausführungsform der erfindung, und Fig. 3 einen
T.)kl- Längsschnitt ähnlich Fig. 2 mit einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
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In Fig. t ist mit t ein Kolben für ein. Rotationskolbenmaschine in
Trochoidenbauart bezeichnet, dessen äußere U-fangafläche 2 beispielsweise die Form
eines Bogendreiecks hat und dessen drei Ecken an der zweibogigen inneren Xhntelfläche
des nicht dargestellten Gehäuses entlanggleiten. Der Kolben 1 weist eine Nabe 3
auf, die eine Lagerbüchse 4 nur Lagerung auf dem Exzenter einer nicht dargestellten
Exzenterwelle enthält. Der Kolben 1 enthält ferner Seitenwände 5 und 6. Um stets
eine bestimmte Phasenlage des Kolbens in Bezug auf die innere Mantelfläche des Gehäuses
au erzwingen, ist zwischen dem Kolben t und dem nicht dargestellten Gehäuse ein
Getriebe vorgeschen, das aus einem am Kolben t befestigten Hohlrad 7 und einem mit
diesem in Eingriff stchendem, am Gehäuse befestigten, nicht dargestellten Ritzel
besteht.
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Die Befestigung des Hohlrades 7 am Kolben 1 erflogt erfindungsgemäß
durch Reibschweißen. Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 wird das Hohlrad 7 mit seinem
Außendurchmesser im eimer entsprechenden zentrischen Bohrung 8 der Kolbem-Seitenwand
5 zentriert und seine Verzahnung 9 in eine vorbestimmte Phasenlage zur äußeren Umfangsfläche
2 des Kolbems 1 gebracht. Diese Phasemlage muß schr genau eingehaltem werden, da
eich eomst unterschiedliche A@stände der einselmem Kolbenocken
von
der Gehäuseinnenfläche ergeben, die die Funktion der in den Ecken angeordneten Radialdichtungen
beeinträchtigen können. Daher sind Abweichungen nur in der Größenordnung von einigen
Bogenminuten zulässig. Die Fixierung des Hohlrades 7 in der Kolbenstirnwand 5 kann
zunächst durch einen l@ichten Preßeitz erfolgen. Das Hohlrad 7 liegt an der Stirnfläche
10 der Kolbennabe 3 an und ist damit @xial fixiert. Nun erf@lgt noch eine Festlegung
des Hohlrades 7 gegen Vordrchung ralativ zum Kolben 1, beispielsweise mittels einer
Vorrichtung, die einerseits eine in die Veozahnung 9 dez Hohlrades 7 eingreifende
Verzahnung aufweist und anderer@eits am Kolben 1 undrehbar befestigt ist. Nun wird
die aus den Kolben 1 und dem Hohlrad 7 bestehende Einheit zentriert in das Spannfutter
einer Reibschwißmaschine gespannt und beispielsweise mit einer Drehzahl von 1500
U/Min. angetrieben. Dann wird ein gegen Drehung gesicherter Reibring 11 an die an
die Trennfuge 8 angrenzenden Flächen 12 und 13 der Kolbenstirnwand 5 bzw. des Hohlrades
7 mit einem Anpreßdruck von etwa 20 kg/mm² angedrückt. Durch die dabei erzeugte
Reibungswärme erfolgt ein Verschweißen des Reibringes 11 mit der Kolbenstirnwand
5 und mit dem Hohlrad 7 sowie auch eine Verschweißung des Hohlrades 7 mit der Kolbenstirnwand
5.
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Die Reibschweißzone ist schematisch bei 14 angedeutet. Der Reibschweißvorgang
dauert etwa 20 Sekunden, worauf die aus Kolben 1 und Hohlrad 7 bestehende Einheit
angehalten und der Anpreßdruck kurzzeitig auf beispielsweise 25 kg/mm² erhöht wird.
Die Schweißtiefe beträgt etwa 2 bis 3 mm. Nun wird der Reibring 11 entsprechend
den Jeweiligen Erfordernissen ganz oder teilweise abgedreht.
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Während bei der Ausfdhrung gemäß ig. 1 die an die Trennfuge 8 angrenzenden
Flächen 12, 13 der Kolbenstirnwand 5 und des Hohlrades 7 miteinander fluchten und
demzufolge ein Reibring verwendet wird, dessen angedrücktes axialen Bnde eine plane
Stirnfläche aufweist, sind bein Ausführungsbeispiel
gemäß Fig.
2 die an die Tremmfuge 8' angrensenden Flächen 12', 13' des Hohlrades 7' und der
Kolbenstirnwand 5' von innen nach außen zu konvergierend ausgebildet, so daß sie
eine im Querschnitt V-förmige Nut begrenzen. Vorzugsweise hat das angedrückte axiale
Binde des Reibringes 11' einen entsprechend sich verjüngenden Querschnitt. Durch
die Ausbildung wird die Reibfläche gegenüber der Ausführung gemäß Fig. 1 vergrößert.
Die Reibschweißzone ist wiederum mit 14 bezeichnet. Im übrigen erfolgt die Reibschweißverbindung
in der gleichen Weise, wie dies im Zusammenhang von Fig. 1 beschrieben wurde.
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Bei der Ausführung gemäß Fig. 3 ist das Hohlrad 7" am einen axialen
Ende einer in die Kolbennabe 3' eimgesetzten Lagerbüch@e 15 angeordnet. Die Lagerbüchse
15 wird in die Nabe 3' eingepreßt oder eingeschrumpft, so daß sie sowohl gegen Verdrehung
als auch gegen axiale Verschiebung relativ zum Kolben 1 gesichert ist. Die endgültige
Verbindung zwischen der Lagerbüchse 15 und dem Kolben 1 erfolgt durch Reibzchweißung
an dem vom Hohlrad 7" abgewandten Knde 16 der Lagerbüchse 15. Entsprechend der Ausführung
gemäß Fig. 1 wird hierbei ein die Trennfuge 8" zwischen der Lagerbächse 15 und der
Nabe 3' überdeckender Reibring 11" axial an die miteinander fluchtenden Stirnflächen
der lobe 3' und der Lagerbüchse 15 amgedrückt und die Reibschweißverbindung in der
im Zusammenbang mit Fig. 1 beschriebenen Weise durchgeführt.
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Selbstverständlich kann auch hier eine Reibschweißverbindung der in
Fig. 2 gezeigten Art mit V-förmiger Nut vorgesehen werden.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen bestcht der Kolben aus
einem schwarzen Temperguß, das Hohlrad aus einem Vergütungsstahl und der Reibring
ans einem Kohlenstoffstahl. Selbstverständlich können je nach den Anforderungen
auch andere Werkstoffe verwendet werden.
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- Patentansprüche -