CH714404A1 - Axialkolbenmaschine mit beschichteter Gleitfläche. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine umfassend eine Trommel (10) mit Zylinderbohrungen (3) und darin aufgenommenen Kolben (4), die zwischen einer Gleitscheibe und einer Steuerplatte angeordnet ist, wobei die Trommel (10) um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist. Dabei ist wenigstens ein Bauteil der Axialkolbenmaschine an einer, mit einem Gleitpartner in Kontakt stehenden, Oberfläche zumindest abschnittsweise mit einer auftragsgeschweissten Beschichtung überzogen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Axialkolbenmaschine, wobei die Beschichtung durch Auftragschweissen und vorzugsweise Laserauftragschweissen angebracht wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Trommel, die zwischen einer Gleitscheibe und einer Steuerplatte angeordnet ist.

[0002] Axialkolbenmaschinen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie können als Pumpen zur Umsetzung mechanischer Energie in hydraulische Energie oder Motoren zur Umsetzung von hydraulischer Energie in mechanische Energie eingesetzt werden. Den Axialkolbenmaschinen ist ein Aufbau gemein, wobei eine Trommel mit Zylinderbohrungen zwischen einer hydraulikseitig angeordneten Steuerplatte und einer mechanikseitig angeordneten Gleitscheibe eingefasst ist. Die Gleitscheibe ist schräg zur Trommel ausgerichtet, leicht schräg bei Leerlauf und zunehmend schräger bei höherer Belastung der Axialkolbenmaschine, und in den Zylinderbohrungen der Trommel sind Kolben angeordnet, an deren gleitscheibenseitigen Enden Gleitschuhe befestigt sind, die auf der Gleitscheibe abgestützt werden. Die hydraulikseitige Stirnfläche der Trommel steht mit der Steuerplatte in direktem Kontakt.

[0003] Im Betrieb dreht sich die Trommel und die Steuerplatte ist drehfest fixiert, wodurch die korrespondierenden Kontakt- bzw. Funktionsflächen der Trommel und der Steuerplatte sich relativ zueinander bewegen. Ferner bewegen sich beim Betrieb der Axialkolbenmaschine die korrespondierenden Kontaktflächen der Gleitschuhe und der Gleitscheibe ebenso relativ zueinander wie die Mantelflächen der Kolben und der Zylinderbohrungen der Trommel. Auch korrespondierende Kontaktflächen der Gleitscheibe und eines Stellmittels, beispielsweise eines Stellkolbens oder einer Stellfeder zur Einstellung der Schräge der Gleitscheibe bewegen sich im Betrieb relativ zueinander.

[0004] Was den Kontaktbereich der Steuerplatte und der Trommel betritt, so ist im Stand der Technik vorgeschlagen worden, die Funktionsfläche der Trommel, die an der Steuerplatte anliegt, durch Plattieren oder Aufgiessen zu beschichten, um die Reibung an den Funktionsflächen gering zu halten und die Lebensdauer der Axialkolbenmaschine zu verbessern, sowie um die Leakage im Kontaktbereich der Funktionsflächen zu reduzieren. Dies führt allerdings einerseits zu einem erheblichen Mehraufwand und erheblichen Mehrkosten in der Fertigung und andererseits ist eine Einhaltung der typischerweise variierenden Solldicke der Beschichtung über den gesamten Verlauf der Kontaktfläche nur schwer realisierbar.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist, die Reibung an den korrespondierenden Gleitflächen innerhalb einer Axialkolbenmaschine gering zu halten und so die Lebensdauer der Axialkolbenmaschine zu erhöhen. Gleichzeitig sollen Fertigungsaufwand und Fertigungskosten möglichst gering gehalten werden.

[0006] Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung eine Axialkolbenmaschine umfassend eine Trommel mit Zylinderbohrungen und darin aufgenommenen Kolben, die zwischen einer Gleitscheibe und einer Steuerplatte angeordnet ist, wobei die Trommel um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, und wobei wenigstens ein Bauteil der Axialkolbenmaschine an einer mit einem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.

[0007] Bei der erfindungsgemässen Axialkolbenmaschine kann es sich um eine Axialkolbenpumpe zur Umsetzung mechanischer Energie in hydraulische Energie oder einen Axialkolbenmotor zur Umsetzung von hydraulischer Energie in mechanische Energie handeln. In Bezug auf die Rotation um ihre gemeinsame Rotationsachse sind die Trommel und Welle fest miteinander gekoppelt. Die mehreren Zylinderbohrungen verlaufen parallel zur Rotationsachse der Trommel und nehmen jeweils einen beweglich gelagerten Kolben auf. Die Gleitscheibe steht schräg zur Rotationsachse der Trommel und die Kolben stehen über gelenkige Lager mit der Gleitscheibe in Verbindung. Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemässen Axialkolbenmaschine um eine Schrägscheibenmaschine, wobei Antriebswelle und die Trommelachse stets in einer Linie verlaufen und die Stellung der Scheibe davon abweicht. In einer Ausführungsform handelt es sich um eine verstellbare Axialkolbenmaschine, in welcher der Winkel der Gleitscheibe zur Trommelachse verändert werden kann.

[0008] Die rotierbar gelagerte Trommel und die zwecks Vermeidung ihrer Rotation fixierte Steuerplatte bewegen sich im Betrieb der Axialkolbenmaschinen relativ zueinander, wodurch die korrespondierenden Funktionsflächen der Trommel und der Steuerplatte aneinander reiben.

[0009] In einer Ausführungsform sind sowohl das Bauteil als auch die Beschichtung metallisch. Auch die gegenüberliegende Oberfläche des Gleitpartners kann metallisch sein. Die Beschichtung kann eine geringere Härte aufweisen als die darunterliegende Oberfläche des Bauteils und/oder die Oberfläche des Gleitpartners. Beispielsweise können Bauteil bzw. Bauteiloberfläche und/oder Gleitpartneroberfläche aus Stahl gefertigt sein und/oder die Beschichtung aus Bronze. Durch unterschiedliche Härten der beiden Kontaktpartner können die Gleiteigenschaften verbessert und die Formbeständigkeit der beiden Oberflächen länger erhalten bleiben, was für die benötigte Lebensdauer essentiell ist. Im Falle des Kontakts zwischen Trommel und Steuerplatte erhöht sich beispielsweise durch den im Zuge der Nutzungsdauer voranschreitenden Abrieb an den beiden Oberflächen auf der Hochdruckseite die Ölleckage.

[0010] Im Gegensatz zur Beschichtung durch beispielsweise Plattierung oder Aufgiessen, wie im Kontext von Trommel und Steuerplatte aus dem Stand der Technik bekannt, ist ein Auftragschweissen schneller und kostengünstiger und ermöglicht eine grössere Masshaltigkeit. Eine Nachbearbeitung der beschichteten Oberfläche ist allenfalls noch in geringem Umfang erforderlich.

[0011] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trommel an ihrer ersten Stirnseite eine Funktionsfläche aufweist, mit der sie an der Innenfläche der Steuerplatte anliegt, wobei die Trommel an der Funktionsfläche oder die Steuerplatte an der Innenfläche zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.

[0012] In der ersten Variante dieser Ausführungsform handelt es sich also bei dem Bauteil um die Trommel, bei dem Gleitpartner um die Innenfläche der Steuerplatte und bei der mit dem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche um die Funktionsfläche der Trommel. In dieser Ausführungsform erreicht die Erfindung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Beschichtungen der Funktionsfläche, die durch Plattierung oder Aufgiessen erhalten werden, eine deutliche Reduzierung des Fertigungsaufwands der Trommeln bei wenigstens identischer und typischerweise verbesserter Qualität.

[0013] Die zweite Variante betrifft eine durch das Auftragschweissen einfach zugänglich gemachte Alternative, wonach die Beschichtung auch am anderen Partner des Gleitkontakts, nämlich an der Steuerplatte angebracht werden kann. Dort handelt es sich bei dem Bauteil um die Steuerplatte, bei dem Gleitpartner um die Funktionsfläche der Trommel und bei der mit dem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche um die Innenfläche der Steuerplatte.

[0014] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Trommel an ihrer ersten Stirnseite eine Mulde aufweist, deren Oberfläche die Funktionsfläche bildet, wobei die Mulde vorzugsweise wannenförmig ist und eine konvexe Oberfläche aufweist. Eine solche Geometrie kann in Axialkolbenmaschinen generell technisch erforderlich oder zumindest vorteilhaft sein. Die Mulde ist vorzugsweise radialsymmetrisch hinsichtlich der Rotationsachse der Trommel ausgebildet. Im Zentrum der Mulde befindet sich typischerweise die Mittelbohrung der Trommel, sodass die eigentliche Funktionsfläche nicht scheibenförmig sondern kreisförmig ist bzw. die wannenfömige Mulde die Gestalt einer Wanne mit Loch hat.

[0015] Die Steuerplatte weist in dieser Ausführungsform an der Innenseite eine mit der Mulde korrespondierende Ausformung auf, auch hier typischerweise durchbrochen von einer Mittelbohrung.

[0016] In einer Ausführungsform weist die erste Stirnseite der Trommel eine ringförmige Umgebungsfläche auf, welche die Mulde umschliesst. Die Mulde nimmt in dieser Ausführungsform also nicht die gesamte erste Stirnseite der Trommel ein. Die Umgebungsfläche ist vorzugsweise auch im Falle einer Beschichtung der Funktionsfläche der Trommel nicht mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen und liegt vorzugsweise auch nicht an der Steuerplatte an. Die Umgebungsfläche kann in der Radialebene der Trommel oder schräg dazu verlaufen.

[0017] Die Formgebung der Mulde ist entscheidend, um bei einem Auftragschweissen an der Mulde ein effektives Entweichen der Schweissgase zu ermöglichen und so eine Porenbildung zu vermeiden.

[0018] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass sich die Neigung der Muldenoberfläche zur Radialebene der Trommel und/oder die Krümmung der Muldenoberfläche in Abhängigkeit des Abstandes, beispielsweise mit zunehmendem Abstand von der Rotationsachse der Trommel verändert. Die Muldenoberfläche kann gedanklich in einen Zentralbereich und einen äusseren Randbereich aufgeteilt werden und in diesen beiden Bereichen unterschiedliche Steigungen und/oder Krümmungen aufweisen. Vorzugsweise findet am Übergang zwischen Zentralbereich und Randbereich eine diskontinuierliche Änderung der Krümmung statt. Eine Unstetigkeit im Steigungsverlauf ist vorzugsweise nicht vorgesehen, eine Änderung der Krümmung kann aber dazu führen, dass sich die Steigung im Randbereich stärker oder in unterschiedlicher Weise verändert.

[0019] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Neigung und/oder die konvexe Krümmung in einem äusseren Randbereich zunehmen. Im Interesse einer hohen mechanischen Festigkeit der Beschichtung kann es vorteilhaft, dass die Neigung bzw. konvexe Krümmung an der Aussenkante der Mulde maximal ist.

[0020] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Neigung in einem äusseren Randbereich abnimmt und/oder dass die Krümmung in einem äusseren Randbereich konvex ist. Ein möglichst flacher Ausklang der Mulde durch eine geringere Steigung bzw. eine konkave Krümmung im Randbereich kann vorteilhaft sein, um ein effektives Entweichen von Schweissgasen zu ermöglichen.

[0021] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Neigung der Muldenoberfläche zur Radialebene der Trommel einen Winkel von 45° und vorzugsweise 25° an keiner Stelle übersteigt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Neigung der Muldenoberfläche zur Radialebene der Trommel im Zentralbereich einen Winkel von 20° und generell einen Winkel von 45° nicht übersteigt. Vorzugsweise beträgt der Winkel generell maximal 20°, vorzugsweise maximal 15° und weiter vorzugsweise maximal 10°. Ein konvexer Verlauf der Mulde odereine Neigung der Muldenkontur, deren Orientierung sich an einen konvexen Verlauf anstatt an einen konkaven Verlauf annähert, sind generell ungünstig für ein effektives Entweichen der Schweissgase. Zur Vermeidung einer Porenbildung in der Beschichtung ist ein ausreichend effektives und ausreichend schnelles Entweichen der Schweissgase jedoch essentiell. Unter Berücksichtigung bevorzugter Geometrien typischer Trommein können Winkel von zwischen 10° und 20° anzustreben sein. Als maximal tolerierbar sind Winkel von 45° anzusehen.

[0022] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Muldenoberfläche mindestens eine nach aussen abfallende Stufe oder Aussenkante aufweist, vorzugsweise in einem äusseren Randbereich. Die Stufe kann auch abgerundet sein. Eine derartige Stufe oder Unstetigkeit im entsprechenden Bereich kann ein Entweichen von Schweissgasen begünstigen. Umgekehrt ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Muldenoberfläche keine nach innen abfallende Stufe oder Innenkante aufweist.

[0023] Alternativ zu einer Mulde kann die Stirnseite auch flach ausgebildet sein oder eine Ausformung mit einer beispielsweise konkaven Oberfläche aufweisen. Wenn die Maschinengeometrie eine solche Konstruktion erlaubt, ist eine solche Ausführungsform vorteilhaft, weil dies das Abströmen der Schweissgase begünstigt.

[0024] In der Variante, in welcher die Steuerplatte durch Auftragschweissen beschichtet ist, kann ein Entweichen der Schweissgase im Falle einer konkaven Gestalt begünstigt sein, die sich bei konvexer Funktionsfläche der Trommel nicht ergeben würde.

[0025] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Funktionsfläche der Trommel oder die Innenfläche der Steuerplatte nicht vollständig, sondern nur abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.

[0026] Beispielsweise kann ein erster ringförmiger Beschichtungsabschnitt vorgesehen sein, der sich vorzugsweise durchgehend über den Umfang der Funktionsfläche der Trommel oder Innenfläche der Steuerplatte erstreckt. Der Beschichtungsring kann eine geringe Breite von beispielsweise weniger als 10% und vorzugsweise weniger als 5% des Durchmessers der Trommel bzw. Steuerplatte haben und/oder ausserhalb der Nierenöffnungen der Trommel, die zu den Zylinderbohrungen für die Kolben führen, bzw. korrespondierenden Nierenöffnungen der Steuerplatte verlaufen.

[0027] Alternativ oder zusätzlich zum ersten Beschichtungsring kann ein zweiter Beschichtungsring vorgesehen sein, der im Bereich der Nierenöffnungen verläuft und eine Breite aufweist, die grösser als die radiale Erstreckung der Nierenöffnungen ist. Die Nierenöffnungen können vollständig innerhalb des vom zweiten Beschichtungsring überdeckten Bereichs liegen.

[0028] An Stelle des zweiten Beschichtungsrings können in einer Ausführungsvariante auch vereinzelte Beschichtungszonen im Bereich der Nierenöffnungen vorgesehen sein, die beispielsweise die Nierenöffnungen umgeben, aber nicht miteinander in Kontakt stehen.

[0029] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass an den gleitscheibenseitigen Enden der Kolben der Axialkolbenmaschine Gleitschuhe befestigt sind, die mit ihrer Unterseite auf der Innenseite der Gleitscheibe anliegen, wobei die Unterseite der Gleitschuhe oder die Innenseite der Gleitscheibe zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist. In der ersten Variante dieser Ausführungsform handelt es sich also bei dem Bauteil um den Gleitschuh, bei dem Gleitpartner um die Gleitscheibe und bei der mit dem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche um die Unterseite des Gleitschuhs. In der zweiten Variante handelt es sich bei dem Bauteil um die Gleitscheibe, bei dem Gleitpartner um den Gleitschuh und und bei der mit dem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche um die Innenseite der Gleitscheibe.

[0030] In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass sich die Beschichtung über die gesamte Unterseite der Gleitschuhe erstreckt. In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung durch kanalförmige Auslassungen oder Vertiefungen segmentiert ist, wobei solche Auslassungen beispielsweise die Form konzentrischer Kreise um einen Referenzpunkt im mittleren Bereich der Unterseite des Gleitschuhs angeordnet sein können. Sie können als Labyrinth zum Rückhalten von Öl dienen, das aus einem Ölkanal im mittleren Bereich an der Unterseite des Gleitschuhs austreten kann.

[0031] In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Beschichtung mehrlagig ist. Eine mehrlagige Beschichtung kann in mehreren Lagen aufgetragen werden. Die einzelnen Lagen können aus denselben oder unterschiedlichen Materialien bestehen, wodurch beispielsweise bestimmte Härteprofile erreicht werden können. Beispielhafte Dicken einer Einzellage betragen zwischen 0,5 bis 1 mm, vorzugsweise 0,7 mm. Durch die Mehrlagigkeit kann auch eine bestimmte Struktur der Beschichtung im Sinne eines 3D-Drucks erreicht werden.

[0032] Im Kontext der mehrlagigen Beschichtungen kann bei einer Beschichtung der Funktionsfläche der Trommel oder der Innenfläche der Steuerplatte vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Basislagen sich über die gesamte Funktionsfläche bzw. Steuerplatteninnenfläche oder einen grösseren Teil der Funktionsfläche bzw. Steuerplatteninnenfläche erstrecken als ein oder mehrere Zusatzlagen, die beispielsweise nur in denjenigen Bereichen vorgesehen sind, die weiter oben im Kontext der Beschichtungsringe genannt wurden.

[0033] Bei einer Beschichtung der Unterseite des Gleitschuhs kann im Kontext der mehrlagigen Beschichtungen vorgesehen sein, dass ein oder mehrere Basislagen sich über die gesamte Unterseite erstrecken und Auslassungen, beispielsweise in der Ausbildung wie oben beschrieben, nur eine oder mehrere Zusatzlagen betreffen.

[0034] In einer Ausführungsform ist eine der korrespondierenden Kontaktflächen der Gleitscheibe und eines Stellmittels, beispielsweise eines Stellkolbens oder einer Stellfeder zur Einstellung der Schräge der Gleitscheibe mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen.

[0035] Vor dem eingangs genannten Hintergrund betrifft die Erfindung weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer er-findungsgemässen Axialkolbenmaschine, wobei die Beschichtung durch Auftragschweissen und vorzugsweise Laserauf-tragschweissen angebracht wird. Beim Auftragschweissen findet ein Volumenaufbau durch das Aufbringen des Beschichtungsmaterials statt.

[0036] Im Falle einer Beschichtung der Funktionsfläche der Trommel kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Schichtauftrag von innen nach aussen erfolgt. Beispielsweise kann der Auftrag an sequentiell aufgebrachten, radial nach aussen verlaufenden Bahnen erfolgen. Die rotationsachsnahen Bereiche der Funktionsfläche werden also in jedem Ar beitsschritt vor den rotationsachsfernen Bereichen beschichtet und die Schweissgase entweichen in etwa in radialer Richtung nach aussen. Vorschub und Beschichtungsmaterialzufluss können entsprechend der Radialposition derart vorgegeben, dass sich eine Beschichtung mit gleichmässiger Oberfläche ergibt.

[0037] In einer Ausführungsform wird das gesamte Bauteil vor und/oder bei Schichtauftrag erhitzt, beispielsweise auf eine Temperatur von grösser 500 °C, vorzugsweise grösser 900 °C. Geeignete Temperaturbereiche umfassen Bereiche von beispielsweise zwischen 900 °C und 1300 °C. In einer Ausführungsform ist eine Temperatur von etwa 1100 °C bevorzugt.

[0038] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der Figuren diskutierten Ausführungsbeispielen. In den Figuren zeigt:

Fig. 1: eine Schnittansicht einer Axialkolbenmaschine;

Fig. 2: eine schematische Schnittansicht durch die Trommel einer Axialkolbenmaschine;

Fig. 3: drei Detailansichten eines ungünstig ausgebildeten Randbereichs der Stirnfläche einer solchen Trommel;

Fig. 4: eine Detailansicht eines günstig ausgebildeten Randbereichs der Stirnfläche einer solchen Trommel;

Fig. 5: weitere zwei Detailansichten günstig ausgebildeter Randbereiche der Stirnfläche einer solchen Trommel;

Fig. 6: eine Draufsicht auf die Funktionsfläche einer Trommel mit Beschichtungszonen in Form zweier Ringe;

Fig. 7: eine Draufsicht auf die Funktionsfläche einer Trommel mit Beschichtungszonen in Form eines Ringes und mehrerer vereinzelter Beschichtungszonen;

Fig. 8: eine perspektivische Ansicht einer Steuerplatte mit einer beispielhaft gezeigten Beschichtungszone an der Innenfläche; und

Fig. 9: Ansichten eines Gleitschuhs einer erfindungsgemässen Axialkolbenmaschine mit einer durch Auftragsch-weissen beschichteten Unterseite.

[0039] Eine Längsschnittansicht einer Axialkolbenmaschine ist in Fig. 1 dargestellt. Die Axialkolbenmaschine umfasst ein Gehäuse 1 mit einer Bohrung für eine Welle 2, die drehfest mit einer rotierbar im Gehäuse gelagerten Trommel 10 verbunden ist. Die Trommel 10 umfasst mehrere axiale Zylinderbohrungen 3, in denen Kolben 4 linearverschieblich aufgenommen sind. Im Gehäuse 1 sind ferner eine Gleitscheibe 5 und eine Steuerplatte 6 aufgenommen, zwischen denen die Trommel 10 eingefasst ist. Die Neigung der Gleitscheibe 5 relativ zur Trommel 10 kann anhand eines Steuerkolbens 7 eingestellt werden. An den gleitscheibenseitigen Enden der Kolben 4 sind Gleitschuhe 30 befestigt, die mit ihrer Unterseite auf der Innenseite der Gleitscheibe 5 anliegen. Die Hydraulikkanäle 8a für Niederdruck und 8b für Hochdruck der Axialkolbenmaschine münden an der Steuerplatte 6. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegen die Steuerplatte 6 und die Trommel 10 in einem Kontaktbereich 9 aneinander an und weisen sich berührende Funktionsflächen auf. Es ist zu erkennen, dass die Trommel 10 an der entsprechenden Stirnfläche eine muldenförmige Einformung und die Steuerplatte 6 eine korrespondierende Ausformung aufweist.

[0040] Eine vereinfachte Längsschnittansicht durch eine Trommel 10 einer solchen oder auch anderen Axialkolbenmaschine ist in Fig. 2 dargestellt. Die generell zylindrische Trommel 10 umfasst eine um deren Rotationsachse A verlaufende Zentralbohrung 11 zur Aufnahme der Welle (Bezugszeichen 2 im Beispiel der Fig. 1). An der Stirnseite 12, die in der Einbausituation an der Steuerplatte (Bezugszeichen 6 im Beispiel der Fig. 1) liegt, ist eine muldenförmige Einformung 13 vorgesehen, deren Oberfläche 14 die Funktionsfläche zur Steuerplatte ausbildet. Diese Oberfläche ist mit einer auftrag-geschweissten Beschichtung 15 überzogen.

[0041] In der Fig. 2 ist ein Randbereich der Stirnseite 12 mit gepunkteten Linien markiert. Dieser Bereich wird in den Fig. 3 bis 5 näher betrachtet.

[0042] Fig. 3a bis 3c zeigen Detailansichten des entsprechenden Bereichs, wobei die Mulde 13 seitlich an einer nach innen abfallenden Stufe 16 endet. Eine derartige Stufe 16 ist für die Anbringung der auftraggeschweissten Beschichtung 15 von Nachteil. Wenn nämlich, wie in Fig. 3b anhand des Pfeils B angedeutet, der Auftrag der Beschichtung 15 von innen nach aussen erfolgt, sich also die momentane Schweissstelle 15m von innen nach aussen bewegt, entweicht das Schweissgas hauptsächlich in dem Bereich C an der Aussenseite der momentanen Schweissstelle 15m, wie dies in den Fig. 3b und 3c angedeutet ist. Die in der Figur erkennbaren Pfeile stellen die Hauptströmungsrichtung der Konvektion dar, wobei die Länge der Pfeile repräsentativ für den Umfang der Konvektion an der jeweiligen Stelle steht. Im Bereich D oberhalb des unmittelbar zuvor aufgetragenen Beschichtungsabschnitts 15z entweicht nur wenig Schweissgas, da die aus der grossen Hitze resultierende Konvektion, wie anhand der Pfeile angedeutet, eine Barriere für das Entweichen der Schweissgase darstellt. Deshalb behindert eine in Schweissrichtung, d.h. nach aussen ansteigende Stufe bzw. Kontur 16 das Entweichen der Schweissgase. Sobald sich die momentane Schweissstelle 15m der Stufe 16 nähert, wie in Fig. 3c dargestellt, steht für das Entweichen der Schweissgase nur noch ein schmaler Raumbereich zur Verfügung und es kommt zur Porenbildung, was allerdings unbedingt vermieden werden muss.

[0043] Die Erfinder hatten bereits einige Zeit damit experimentiert, die Funktionsfläche der Trommel mittels Auftragsch-weissen zu beschichten. Eine praktische Umsetzung scheiterte aber am Problem der Porenbildung, und zwar unabhängig von dem konkret eingesetzten Verfahren, also unabhängig davon, ob die Beschichtung mittels Laser-Auftragschweissen, Plasma-Pulver-Auftragschweissen oder anderen Verfahren aufgetragen wurde. Denn die Voraussetzung einer Anwendungstauglichkeit in Axialkolbenmaschinen ist eine vollständige Porenfreiheit der Beschichtung, zumal bei den typischen Betriebsdrücken von einigen hundert Bar das Hydrauliköl in jede vorhandene Pore eindringt, was ein unmittelbar einsetzendes und voranschreitendes Ablösen der Beschichtung und damit einen schnellen Totalausfall der Axialkolbenmaschine verursacht sowie Sekundärschäden im gesamten Ölkreislauf hervorrufen kann. Bei den frühen Experimenten blieb unerkannt, dass das Hauptproblem in einer unzureichenden Ableitung der Schweissgase lag. Auf der Grundlage der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Massnahmen konnte erreicht werden, dass Axialkolbenmaschinen mit auftrag-geschweissten Beschichtungen an der Funktionsfläche der Trommel nun praktisch einsetzbar sind.

[0044] In einer bevorzugten Ausgestaltung sieht die Erfindung daher eine besondere Ausbildung der Mulde 13 vor, wie sie beispielsweise in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. In dieser Ausgestaltung wird eine nach aussen ansteigende Stufe am Rand der Mulde 13 bewusst vermieden. Stattdessen umfasst die Mulde 13 eine Randzone 17 mit einer im Vergleich zum Zentralbereich 18 der Mulde 13 stärkeren konvexen Krümmung der Oberfläche 14. Der Neigungswinkel a der Oberfläche 14 zur Radialebene E der Trommel 10 liegt im Zentralbereich 18 der Mulde 13 bei maximal etwa 10° (a1) und steigt auch in der Randzone 17 nur bis maximal 20° (a2) an.

[0045] Diese Winkel sind ausreichend gering, um ein Entweichen des Schweissgases an jeder Stelle in ausreichendem Masse zu ermöglichen. Auch fehlt es durch die immer stetige und nie abrupte Änderung der Steigung an einer Innenkante, in der das Abströmen der Schweissgase behindert und damit verzögert werden könnte. Ferner trägt eine solche Gestaltung zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Beschichtung 15 bei. Die Oberfläche 14 erreicht im gezeigten Beispiel ihre maximale Steigung direkt am Randpunkt 19 der Mulde 13, was für die mechanische Festigkeit der Beschichtung von Vorteil ist.

[0046] Im gezeigten Beispiel besteht die Beschichtung 15 aus drei einzelnen Lagen 15a, 15b und 15c, die sequentiell nacheinander mittels Laserauftragschweissen aufgetragen wurden.

[0047] Fig. 5a und 5b zeigen weitere Beispiele, wie die Oberfläche 14 der Mulde im Randbereich in einer für das Auftrag-schweissen günstigen Weise ausgebildet sein könnte. Im Falle der Fig. 5a ist dabei am Randpunkt 19 der Mulde 13 eine nach aussen abfallende Stufe 20 vorgesehen, über die Schweissgas entweichen kann. In der Randzone 17 davor ist keine erhöhte konvexe Krümmung vorgesehen, sondern ein relativ flaches Ausklingen der Mulde 13 mit einem Neigungswinkel a von etwa 10°. Im Falle der Fig. 5b ist eine nach aussen abfallende Stufe 21 schon innerhalb der Mulde 13, also noch in der Randzone 17 und vor dem Randpunkt 19 vorgesehen.

[0048] Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf die Funktionsfläche 14 einer Trommel 10 in einer Variante, in welcher die Beschichtung 15 in mehrere diskrete Zonen unterteilt ist. Die Funktionsfläche 14 der Trommel 10 ist also nicht vollflächig mit der Beschichtung 15 überzogen, sondern nur abschnittsweise. Nämlich ist als erster Beschichtungsabschnitt eine ringförmige Schweissnaht 151 vorgesehen, die sich durchgehend über den Umfang der Funktionsfläche 14 erstreckt. Dieser Beschichtungsabschnitt 151 dient als Stützring. Er ist im Vergleich zum Durchmesser der Trommel 10 dünn und verläuft radial ausserhalb der Nierenöffnungen 22, die zu den Zylinderbohrungen 3 für die Kolben 4 führen. Zusätzlich zum ersten Beschichtungsring 151 kann eine beschichtete Funktionsfläche in Form eines zweiten, breiteren Beschichtungsrings 152 vorgesehen, der im Bereich der Nierenöffnungen 22 verläuft und eine Breite aufweist, die grösser als die radiale Erstreckung der Nierenöffnungen 22 ist. Die Nierenöffnungen 22 liegen vollständig innerhalb des vom zweiten Beschichtungsring 152 überdeckten Bereichs. Auf diese Weise kann das Aufbringen von Beschichtungsmaterial in einem Teilbereich davon, wo keine Beschichtung benötigt wird, vermieden werden. Hierdurch wird eine Materialeinsparung und Gewichtseinsparung erreicht.

[0049] Fig. 7 zeigt eine sich von Fig. 6 unterscheidende Variante, wie die Beschichtung 15 auf der Funktionsfläche 14 der Trommel 10 in mehrere diskrete Zonen unterteilt werden kann. Nämlich sind an Stelle des zweiten Beschichtungsrings 152 mehrere schlingenförmige Dichtungszonen 153a, 153b etc. vorgesehen, die lokal um die Ränder der Nierenöffnungen 22 verlaufen. So sind die Beschichtungen 151 und 153a, 153b etc. nur an Stellen zu finden, wo sie tatsächlich oder besonders benötigt wird. So kann eine weitere Materialeinsparung und Gewichtseinsparung erreicht werden.

[0050] Fig. 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Steuerplatte 6 mit einer beispielhaft gezeigten Beschichtungszone an der Innenfläche 23, die zur Funktionsfläche 13 der Trommel 10 hingewandt ist und gemeinsam mit dieser die Kontaktzone 9 ausbildet. Wie ersichtlich, umfasst auch die Steuerplatte 6 mehrere Nierenöffnungen, nämlich eine längliche Niederdruckniere 24 und mehrere Hochdrucknieren 25, die in ihrer Gestalt den Nierenöffnungen 22 der Trommel entsprechen. Ferner finden sich in der Steuerplatte 6 eine Steuerkerbe 26 und ein Ausschnitt 27, durch den die Steuerplatte 6 drehfest im Gehäuse 1 der Axialkolbenmaschine befestigt werden kann. An Stelle der Beschichtung auf der Funktionsfläche der Trommel kann, wie in der Figur lediglich unvollständig angedeutet ist, eine Beschichtung 15 an der Innenfläche 23 der Steuerplatte 6 vorgesehen sein. Für die Verteilung der Beschichtung gilt grundsätzlich dasselbe wie im Zusammenhang mit den Fig. 6 und 7 für die Funktionsfläche der Trommel erklärt wurde, wobei in der Fig. 8 beispielhaft eine schlingenförmige Dichtungszonen 154 gezeigt ist, die lokal um den Rand einer Hochdruckniere 25 mit Steuerkerbe 26 verläuft.

[0051] Fig. 9a und 9b zeigen letztlich eine Längsschnittansicht durch einen Gleitschuh 30 und eine Draufsicht auf die Unterfläche 31 eines Gleitschuhs 30, mit welcher dieser auf der Innenseite der Gleitscheibe 5 aufliegt und bei Betrieb der Axialkolbenmaschine an dieser entlang gleitet. Die Unterfläche 31 des Gleitschuhs 30 ist vollflächig mit einer auftrag-geschweissten Beschichtung 32 überzogen, wobei die Beschichtung 32 durch kanalförmige Vertiefungen 33 segmentiert ist. Sie umfassen konzentrische Kreise 33a und 33b, die um eine Ausgangsöffnung 34 eines Ölkanals 35 in der Mitte der Unterfläche 31 des Gleitschuhs 30 angeordnet sind. Zwischen der Ausgangsöffnung 34 und dem innersten Kreis 33a und zwischen dem äussersten Kreis 33b und dem Rand der Unterfläche sind Vertiefungen 33 in Form von Verbindungskanälen 33c vorgesehen. So wird eine optimale Verteilung von Öl über die Unterfläche 31 der Gleitscheibe 30 erreicht. Die Vertiefungen 33 sind sämtlich durch eine an den entsprechenden Stellen fehlende Decklage in der ansonsten mehrlagigen Beschichtung 32 gebildet.

Claims (16)

1. Patentansprüche

   1. Axialkolbenmaschine umfassend eine Trommel mit Zylinderbohrungen und darin aufgenommenen Kolben, die zwischen einer Gleitscheibe und einer Steuerplatte angeordnet ist, wobei die Trommel um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Bauteil der Axialkolbenmaschine an einer mit einem Gleitpartner in Kontakt stehenden Oberfläche zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.
2. 2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel an ihrer ersten Stirnseite eine Funktionsfläche aufweist, mit der sie an der Innenfläche der Steuerplatte anliegt, wobei die Trommel an der Funktionsfläche oder die Steuerplatte an der Innenfläche zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.
3. 3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel an ihrer ersten Stirnseite eine Mulde aufweist, deren Oberfläche die Funktionsfläche bildet, wobei die Mulde vorzugsweise wannenförmig ist und eine konvexe Oberfläche aufweist.
4. 4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Neigung der Muldenoberfläche zur Radialebene der Trommel und/oder die Krümmung der Muldenoberfläche in Abhängigkeit des Abstands von der Rotationsachse der Trommel verändert.
5. 5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung und/oder die konvexe Krümmung in einem äusseren Randbereich zunimmt.
6. 6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung in einem äusseren Randbereich abnimmt und/oder dass die Krümmung in einem äusseren Randbereich konvex ist.
7. 7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der Muldenoberfläche zur Radialebene der Trommel einen Winkel von 45° und vorzugsweise 25° an keiner Stelle übersteigt.
8. 8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Muldenoberfläche eine nach aussen abfallende Stufe oder Aussenkante aufweist, vorzugsweise in einem äusseren Randbereich.
9. 9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionsfläche der Trommel oder die Innenfläche der Steuerplatte nicht vollständig, sondern nur abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.
10. 10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster ringförmiger Beschichtungsabschnitt vorgesehen sein, der sich über den Umfang der Funktionsfläche der Trommel oder Innenfläche der Steuerplatte erstreckt und vorzugsweise ausserhalb der Nierenöffnungen der Trommel oder der Steuerplatte verläuft.
11. 11. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter ringförmiger Beschichtungsabschnitt vorgesehen sein, der sich über den Umfang der Funktionsfläche der Trommel oder Innenfläche der Steuerplatte erstreckt und im Bereich der Nierenöffnungen der Trommel oder der Steuerplatte verläuft.
12. 12. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass vereinzelte Beschichtungszonen vorgesehen sein, die nicht miteinander in Kontakt stehen, beispielsweise im Bereich der Nierenöffnungen.
13. 13. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den gleitscheibenseitigen Enden der Kolben der Axialkolbenmaschine Gleitschuhe befestigt sind, die mit ihrer Unterseite auf der Innenseite der Gleitscheibe anliegen, wobei die Unterseite der Gleitschuhe oder die Innenseite der Gleitscheibe zumindest abschnittsweise mit einer auftraggeschweissten Beschichtung überzogen ist.
14. 14. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Beschichtung über die gesamte Unterseite der Gleitschuhe erstreckt, wobei die Beschichtung vorzugsweise durch kanalförmige Auslassungen oder Vertiefungen segmentiert ist, die weiter vorzugsweise als konzentrische Kreise um einen Referenzpunkt im mittleren Bereich der Unterseite des Gleitschuhs verlaufen.
15. 15. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung mehrlagig ist.
16. 16. Verfahren zur Herstellung einer Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung durch Auftragschweissen und vorzugsweise Laserauftragschweissen angebracht wird.