CN103867416A - 用于活塞单元的摩擦系统和装备有此摩擦系统的、流体静力的径向活塞机 - Google Patents

用于活塞单元的摩擦系统和装备有此摩擦系统的、流体静力的径向活塞机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于活塞单元的摩擦系统，其中，所述活塞单元具有活塞和至少一个可转动地支承在活塞的滚动体容纳部中的滚动体。根据本发明，所述滚动体容纳部由具有PEEK/PTFE基质的轴承材料制成并且至少一个滚动体的表面被抛光。此外本发明公开了一种径向活塞机，所述径向活塞机包括具有根据本发明的摩擦系统的活塞单元。

Description

用于活塞单元的摩擦系统和装备有此摩擦系统的、流体静力的径向活塞机
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的、用于活塞单元的摩擦系统以及一种具有权利要求13所述特征的、装备有此摩擦系统的流体静力的径向活塞机。
背景技术
已知摩擦学系统，其也简称为摩擦系统并常以这种专业概念使用，在机器制造和精密机械技术中用于描述彼此相对运动的接触体的相互作用。特别是摩擦系统在机器制造中用于描述与本身并且必要时与中间材料产生接触性相互作用的物体的摩擦和磨损。在此，所使用的中间材料例如可以是润滑剂。
此外已知例如在径向活塞机中使用活塞单元，其中在气缸中引导的活塞通过支承在活塞中的滚动体支承在环绕活塞单元的升程曲线上。在此，容纳活塞的气缸是相对于位置固定的升程曲线转动的旋转的缸体的一部分。具有多个活塞单元的这种径向活塞机例如由文献DE40 37 455C1公开。
这种活塞单元的缺点是，在活塞与同该活塞共同作用的滚动体之间产生摩擦，这种摩擦降低了径向活塞机的效率、并且特别降低了其起动效率。
因此已知几种应用，其中径向活塞机的效率应当通过活塞与滚动体之间的流体静力的压力卸载得到改善。在此的目标是，减少运行期间、也就是作功冲程期间活塞与滚动体之间的摩擦力。这种应用例如由DE10 2010 032 058A1公开。其缺点是这种压力卸载没有明显改善起动效率并且此外造成了相对较高的制造成本。
发明内容
与此相对地，本发明的目的在于，提供一种用于活塞单元的摩擦系统，其中所述活塞单元的起动效率可以利用结构上尽可能简单的手段得到提高。
该目的通过具有权利要求1所述特征的、用于活塞单元的摩擦系统以及通过具有权利要求13所述特征的这种活塞单元的径向活塞机得以实现。
本发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以说明。
根据本发明的摩擦系统用于活塞单元，其中，所述活塞单元具有活塞和至少一个可转动地支承在活塞的滚动体容纳部中的滚动体。根据本发明，至少一个滚动体的至少一个表面被抛光。
利用这种简称为摩擦系统的摩擦学系统，明显减小轴承套与滚动体之间的摩擦进而显著提高活塞单元的起动效率。情况表明，开头所述结构的装备这种活塞单元的径向活塞机的起动效率可以从大约60％至65％提高到70％以及更高。滚动体的抛光在此能够利用传统的制造技术方法进行，从而使得有待抛光的滚动体产生足够高的表面质量。在此，仅滚动体的、直接与滚动体容纳部接触的表面或滚动体的整个表面被抛光。
在本发明的一种特别优选的改进方案中，作为轴承材料使用的复合材料是塑料复合材料和/或金属复合材料。这种复合材料的特征在于，在其耐磨强度及其滑动特性方面的可良好地调节的特性。特别是抛光的滚动体和所使用的具有塑料复合材料和/或金属复合材料的轴承材料的组合在此被证明是特别有利的。
在本发明的一种有利的改进方案中，轴承材料的塑料复合材料和/或金属复合材料具有PEEK/PTFE基质。使用具有PEEK/PTFE基质的轴承材料的特征在于特别好的耐磨强度和特别低的摩擦系数。此外，这种轴承材料突出地适合于使用在高动态性的应用中。这种轴承材料的一个实施例是GGB轴承技术公司(Firma GGB Bearing Technology)的滑动材料HXYM，事实证明这种材料特别适用于本发明。
在本发明的一种有利的改进方案中，至少一个抛光的滚动体或者说抛光的滚动体表面具有0.20±0.05μm的最大磨平深度Rpmax，其中，该数据由所要制造的额定尺寸和制造公差组成。具有这种获得的表面质量的滚动体产生特别低的摩擦系数进而明显提高了活塞单元的起动效率或装备此活塞单元的径向活塞机的起动效率。
被证明有利的是，抛光的滚动体表面具有0.03±0.01μm的平均粗糙系数Ra，其中，该数据由所要制造的额定尺寸和制造公差组成。通过这样高的表面精度可以再次降低摩擦系数。
当抛光的滚动体或者说抛光的滚动体表面具有0.03±0.02μm的减小的中心高Rpk时，活塞单元的起动效率还可以进一步提高，其中，该数据由所要制造的额定尺寸和制造公差组成。
有利的是，为了进一步提高活塞单元的起动效率，抛光的滚动体表面具有0.15±0.01μm的芯部粗糙度Rk，其中，该数据由所要制造的额定尺寸和制造公差组成。
根据本发明的一种有利的改进方案，抛光的滚动体表面具有0.06±0.02μm的取平均值的划痕深度Rvk，其中，该数据由有待制造的额定尺寸和制造公差组成。这样设计的滚动体表面再次提高了活塞单元的起动效率。
有利的是，抛光的滚动体表面具有30±10％的材料份额Rmr，其在-0.05μm的剖面深度时测得。这种称为材料份额的数值Rmr按照标准DIN EN ISO4287确定并且描述了从外部到深部的表面粗糙度轮廓的材料分布。
在本发明的一种有利的实施方案中，至少一个抛光的滚动体构造为辊子。所述辊子最好具有(圆)柱形的形状。对此替代地，也可以使用如从现有技术中已知的、首先抛光并取代辊子的卸载平行滚动体。通过使用卸载的平行滚动体可以提高径向活塞机的升程曲线的使用寿命。
对于特别有利地制造或者说生产活塞来说，被证明有利的是，滚动体容纳部设计为单独的、也就是与活塞分开构造的轴承套。按照这种方式，具有PEEK/PTFE基质的轴承材料或者说整个活塞还可以分别更成本低廉地制造并且紧接着组装在一起。
作为补充，根据本发明的摩擦系统也可以通过利用油、特别是液压油的润滑附加地得到改善。对此特别适用壳牌公司的名称为Tellus的油。通过这种润滑可以再进一步提高起动效率。
特别有利的是，根据本发明的摩擦系统和装备该摩擦系统的活塞单元可以安装在开头所述的径向活塞机中或在这种径向活塞机中使用。特别是利用这种摩擦系统，可以明显提高装备这种摩擦系统的径向活塞机的起动效率，而不会降低活塞单元的使用寿命或者说装备该活塞单元的径向活塞机的使用寿命。
附图说明
下面借助附图对根据本发明的摩擦系统的一种有利的实施例进行详细解释。附图示出：
图1是径向活塞机的一部分的侧剖面图，所述径向活塞机包括具有根据本发明的摩擦系统的活塞单元；以及
图2是图1示例性地示出的、具有根据本发明的摩擦系统的活塞单元的俯视图。
在附图中一般来说，相同的部件设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了开头所述径向活塞机1的一种实施例的轴向纵剖面图。在该实施例中，径向活塞机1是具有外部活塞支承部的径向活塞马达，所述径向活塞马达通常作为液压马达使用。这种径向活塞机的具体功能例如由文献DE40 37455C1进行描述。
径向活塞机1具有布置在中心的轴2，利用该轴能够驱动固定在该轴上的元件。所述轴2由环绕的转子4驱动，在所述转子中构造多个气缸6。在该实施例中，径向活塞机1具有正好八个气缸6，在图1中仅示出其中三个完整的和另外两个分别一半的气缸。所述气缸6径向地或者说星形地围绕轴2布置。每个气缸6此外具有主孔8和径向回缩的导向孔10，在所述导向孔中可运动地分别容纳有一个活塞单元12。
每个活塞单元12具有一活塞14，所述活塞在该实施例中是多级活塞。在沿径向外侧的端部上，每个活塞14具有间隙16，所述间隙用作为滚动体容纳部并能够转动地支承容纳构造为辊子的滚动体18。但在该实施例中，在所述间隙16中，与活塞14分开的轴承套20作为滚动体容纳部布置在滚动体18与活塞14之间。所述轴承套20固定在活塞14上并由具有PEEK/PTFE基质的轴承材料制成。这里所使用的轴承材料是GGB轴承技术公司的商品名称为HXYM的轴承材料。此外，每个活塞14具有一环形槽22，所述环形槽布置在滚动体容纳部16的下面，也就是沿径向比所述滚动体容纳部更向内地布置。在所述环形槽22中容纳有用作密封元件的活塞环24。
此外，所述径向活塞机1具有位置固定的、波浪形的升程曲线26，所述升程曲线具有成型的曲线轨迹28，并且所述升程曲线围绕转子4进而也围绕气缸6连同活塞单元12环绕地布置。这种布置可以使滚动体18支承在升程曲线26的曲线轨迹28上，并且在转子4的旋转运动时在升程曲线26上滚动。因此所述活塞单元12执行所述气缸6内部的振荡运动。
借助图2接下来介绍根据本发明的摩擦系统，其用于图1所示的示例性的活塞单元12。如上所述，在由具有PEEK/PTFE基质的轴承材料制成的轴承套20中支承地容纳有构造为辊子的滚动体18。所述滚动体18具有表面30，所述表面在装入的状态下直接与轴承套20和升程曲线26接触。为了达到滚动体18与轴承套20以及升程曲线26之间的尽可能小的摩擦阻力，滚动体18的表面30被抛光。在该实施例中，抛光的表面30限制到圆柱形的滚动体18的外壳面上。
特别是滚动体18的表面30利用制造技术被抛光，从而该表面具有0.20±0.05μm的最大磨平深度(
Figure BSA0000102602620000051
)Rpmax、0.03±0.01μm的平均粗糙系数Ra以及0.03±0.02μm的减小的中心高Rpk。芯部相糙度Rk为0.15±0.01μm并且取平均值的或者减小的划痕深度Rvk为0.06±0.02μm。此外，抛光的滚动体表面具有30±10％的材料份额Rmr，其在-0.05μm的剖面深度时测得。单独采用每个上面列举的表面质量的技术规格就已经可以降低摩擦系数。仅仅对于特别低的摩擦系数来说，滚动体18的表面30可以这样被抛光，从而使得其达到上面列举的全部技术规格。
按照这种方式，活塞14与滚动体容纳部或者说与由具有PEEK/PTFE基质的轴承材料制成的轴承套20和可旋转地支承在其上面的、抛光的滚动体18形成根据本发明的摩擦系统。该摩擦系统的特征在于特别低的摩擦系数、特别是低的附着摩擦系数，并因此提高了装备该摩擦系统的径向活塞机1的起动效率。
与所示出的实施例不同的是，本发明可以在多个方面变化。例如构造为辊子的滚动体18也设计为卸载的平行滚动体的形式，以便因此提高升程曲线26的使用寿命。
此外可以设想，根据本发明的摩擦系统通过使用油、例如像壳牌公司(FirmaShell)的名称为Tellus46的液压油附加地得到提高。
此外，具有根据本发明的摩擦系统的活塞单元12不一定强制地使用在具有外部的活塞支承部的径向活塞机1上，而是也可以有利地使用在其他技术领域。特别是也可以设想在其他结构形式的、没有外部的活塞支承部的径向活塞机上使用。也可以设想在不是径向活塞机的技术系统中使用。
本发明公开了一种用于活塞单元的摩擦系统，其中，所述活塞单元具有活塞和至少一个可转动地支承在活塞的滚动体容纳部中的滚动体。根据本发明，所述滚动体容纳部由具有PEEK/PTFE基质的轴承材料制成并且至少一个滚动体的表面被抛光。此外本发明公开了一种径向活塞机，所述径向活塞机包括具有根据本发明的摩擦系统的活塞单元。

Claims (13)

1.用于活塞单元(12)的摩擦系统，其中，所述活塞单元(12)具有活塞(14)和至少一个可转动地支承在所述活塞(14)的滚动体容纳部(16)中的滚动体(18)，其特征在于，至少一个滚动体(18)的表面(30)被抛光。
2.按权利要求1所述的摩擦系统，其特征在于，所述滚动体容纳部(16)由具有塑料复合材料和/或金属复合材料的轴承材料制成。
3.按权利要求1或2所述的摩擦系统，其特征在于，所述轴承材料的塑料复合材料和/或金属复合材料具有PEEK/PTFE基质。
4.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，抛光的滚动体表面(30)具有0.20±0.05μm的最大磨平深度Rpmax。
5.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述抛光的滚动体表面(30)具有0.03±0.01μm的平均粗糙系数Ra。
6.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述抛光的滚动体表面(30)具有0.03±0.02μm的减小的中心高Rpk。
7.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述抛光的滚动体表面(30)具有0.15±0.01μm的芯部粗糙度Rk。
8.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述抛光的滚动体表面(30)具有0.06±0.02μm的取平均值的划痕深度Rvk。
9.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述抛光的滚动体表面(30)具有30±10％的材料份额Rmr，其在-0.05μm的剖面深度时测得。
10.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，至少一个抛光的滚动体(18)构造为辊子。
11.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述滚动体容纳部(16)构造为单独的轴承套(20)构成。
12.按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统，其特征在于，所述活塞(14)是多级活塞。
13.流体静力的径向活塞机(1)，其具有至少一个活塞单元(12)，所述活塞单元具有按前述权利要求中任一项所述的摩擦系统。
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