DE10157248A1 - Hydrostatische Maschine mit kompensierten Laufbuchsen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrostatische Maschine mit einem Zylinderblock (6), in dem Laufbuchsenlöcher (28b) angeordnet sind, in denen Laufbuchsen (28) sitzen, die Kolbenlöcher (28a) umschließen, in denen Kolben (29) hin und her verschiebbar gelagert sind, wobei die Kolben (29) mit ihren vorderen, in den Zylinderblock (6) eintauchenden Enden Zylinder (26) begrenzen. Um die Gefahr von Kolbenfresser zu verringern, weisen die Laufbuchsen (28) jeweils in ihrem dem Zylinder (26) abgewandten Bereich und im Bereich der den Kolben (29) gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft eine axial begrenzte Ausnehmung (41) in ihrer Außenmantelfläche auf.

Description

• Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2.
• Eine hydrostatische Maschine dieser Arten ist in der DE 44 23 023 A1 beschrieben. Bei dieser vorbekannten hydrostatischen Maschine werden die Laufbuchsen zur Vermeidung von Kolbenfresser mit einem Kühlstrom des hydraulischen Fluids gekühlt, der im Funktionsbetrieb jeweils durch einen Kühlkanal strömt, der sich vom Leckraum in einem zentralen Loch des Zylinderblocks etwa radial nach außen erstreckt und in den Leckraum außerhalb des Zylinderblocks ausmündet. Dabei erstreckt sich der Kühlkanal jeweils durch eine Innenringnut in der Wandung des die zugehörige Laufbuchse aufnehmenden Laufbuchsenlochs oder durch eine Innenringnut in der Innenmantelfläche der Laufbuchse. Diese vorbekannte Kühlmaßnahme hat sich in der Praxis bewährt, jedoch ist sie aufwendig, da jede Laufbuchse an den radialen Kühlkanal angeschlossen sein muß, wozu die Ringnuten in den Laufbuchsen und die radialen Kühlkanalabschnitte im Zylinderblock eingearbeitet werden müssen. Außerdem ist diese Maßnahme von funktionsfähigen Kühlkreisläufen abhängig. Bei einer Verstopfung wenigstens eines Kühlkanals ist mit einem unerwünschten Kolbenfresser zu rechnen, weil die Kühlung unterbrochen oder zumindest verringert ist.
• Die Gefahr eines Kolbenfressers beruht auf einer erhöhten Erwärmung im Bereich der Laufbuchsen, die bei einer hohen Reibleistung der zwischen den Kolben und den Laufbuchsen wirksamen Gleitreibung entsteht. Die Reibleistung nimmt mit größer werdenden Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kolben und den Laufbuchsen zu. Die Relativgeschwindigkeit ist abhängig von der Hublänge der Kolben und der Drehzahl der hydrostatischen Maschine, z. B. der Drehzahl eines als drehbar gelagerte Zylindertrommel ausgebildeten Zylinderblocks. Dabei wird die größte Reibleistung jeweils dann, wenn der Zylinderblock durch eine drehbar gelagerte Zylindertrommel gebildet ist, im Bereich des Schwerpunktes der Kolben erzeugt, wenn die Zylindertrommel mit hoher Drehzahl dreht. Wenn der Zylinderblock undrehbar gelagert ist oder die Zylindertrommel mit geringer Drehzahl dreht, wird die größte Reibleistung im Bereich einer in die Drehrichtung gerichteten Radialkomponente der Kolbenkraft erzeugt.
• In der DE 198 37 647 A1 ist zwar eine Axialkolbenmaschine mit Laufbuchsen beschrieben, die gemäß Fig. 5 in ihrer Längsmitte eine Ringnut in Form einer schmalen Rille in ihrer Außenmantelfläche aufweisen, jedoch ist es Zweck dieser vorbekannten Ausgestaltung, durch den Arbeitsdruck eine radial einwärts gerichtete Ringauswölbung der Laufbuchse zu erreichen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydrostatischen Maschine der eingangs angegebenen Arten die Gefahr von Kolbenfresser zu verringern und die Wirksamkeit der Maßnahmen zur Vermeidung von Kolbenfresser zu verbessern. Dabei soll der Herstellungsaufwand gering sein, um auch die Herstellungskosten gering zu halten.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• Bei der erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine weisen die Laufbuchsen jeweils in ihrem dem Zylinder abgewandten Bereich und zumindest im Bereich der den Kolben gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft eine axial begrenzte Ausnehmung in ihrer Außenmantelfläche (Anspruch 1) oder in ihrer Innenmantelfläche (Anspruch 2) auf.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die erhöhte Erwärmung zwischen den Kolben und den Laufbuchsen hauptsächlich auf zwei Funktionskriterien beruht. Zum einen wird die Reibleistung und die daraus resultierende Erwärmung durch hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kolben und den Laufbuchsen vergrößert. Zum anderen wird sie dann vergrößert, wenn die hydrostatische Maschine mit geringem Druck arbeitet, insbesondere im drucklosen Betrieb, und insbesondere bei hoher Drehzahl. Letzteres ist darauf zurückzuführen, daß beim Vorhandensein eines geringen Druckes weniger Lecköl durch das Bewegungsspiel zwischen den Kolben und den Laufbuchsen abgeführt wird und damit auch weniger Wärme abtransportiert wird, woraus sich zwangsläufig eine größere Erwärmung ergibt.
• Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt in den vorgenannten Problem- und Funktionsfällen aus folgenden Gründen zur angestrebten Verbesserung. Die erfindungsgemäße Ausnehmung ergibt jeweils an der radialen Außenseite oder Innenseite der Laufbuchse einen Freiraum zwischen dieser und der Wandung des zugehörigen Laufbuchsenloches (Anspruch 1) oder der Mantelfläche des zugehörigen Kolbens (Anspruch 2), in die hinein sich die Wand der Laufbuchse bei einer Erwärmung ausdehnen kann. Folglich wird das Kolbenspiel bei einer Ausdehnung weniger verringert, so daß auch bei einem drucklosen Lauf der hydrostatischen Maschine ein hinreichend großes Kolbenspiel vorhanden ist und deshalb ein Kolbenfresser oder dessen Gefahr vermieden oder zumindest vermindert wird.
• Der Erfindung liegt im weiteren die Erkenntnis zugrunde, daß eine Laufbuchse sich bei einer Erwärmung aufgrund ihrer Hülsenform radial nach außen ausdehnt, sofern dies möglich ist. Dies ist durch die ringförmige Hülsenform bedingt und gilt grundsätzlich auch für den Bereich, in dem die Ausnehmung angeordnet ist. Deshalb bleibt bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 1 oder 3 in dem Bereich erhöhter Erwärmung eine Ausdehnung der Wandung der Laufbuchse nach innen aus oder diese Ausdehnung wird zumindest vermindert.
• Aufgrund der axialen Begrenzung der Ausnehmung ist diese sowohl zum zugehörigen Zylinder als auch zum freien Innenraum der Maschine hin verschlossen. Die sich in Umfangsrichtung erstreckende Breite der Ausnehmung kann - wie bereits ihre axiale Länge - größer als der Bereich ausgebildet sein, in dem die vergrößerte Reibung stattfindet und mit einer verstärkten Ausdehnung zu rechnen ist. Aber auch eine kleinere Ausbildung führt bereits zu einer Verbesserung. Bei einer Konstantmaschine kann die Breite der Ausnehmung ihrer axialen Länge entsprechen. Bei einer bezüglich ihres Durchsatzvolumens verstellbaren Maschine kann die Ausnehmung in der Längsrichtung der Laufbuchse länglich ausgebildet sein und zwar z. B. um die Länge des Maximalhubs länger als der vorgenannte gefährdete Bereich.
• Es ist aus Gründen einer einfachen Herstellung und Montage vorteilhaft, die Ausnehmung als Ringausnehmung auszubilden. Eine solche Ausgestaltung läßt sich durch eine Rotationsbewegung der Laufbuchse in einfacher Weise herstellen, und außerdem bedarf es bei der Montage der Laufbuchse keiner Aufmerksamkeit dahingehend, daß sie bezüglich ihrer Umfangsrichtung in einer bestimmten Position montiert wird.
• Es ist außerdem vorteilhaft, die Ausnehmung mit dem Querschnitt gerundet auszubilden, um für einen Materialbruch durch empfindliche Ecken bzw. Kannten zu vermeiden.
• Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Axialschnitt;
• Fig. 2 einen Kolben und seinen Führungsbereich in einer Zylindertrommel im Teilschnitt II-II in Fig. 1;
• Fig. 3 den Führungsbereich in axialer schematischer Ansicht;
• Fig. 4 den Schnitt IV-IV in Fig. 1, wobei nur wesentliche Teile der Axialkolbenmaschine dargestellt sind;
• Fig. 5 den Führungsbereich eines Kolbens im axialen Schnitt und in vergrößerter Darstellung;
• Fig. 6 den Führungsbereich eines Kolbens im axialen vergrößerten Schnitt in abgewandelter Ausgestaltung;
• Fig. 7 den Führungsbereich eines Kolbens im axialen vergrößerten Schnitt in weiter abgewandelter Ausgestaltung.
• Die in den Fig. 1 und 4 dargestellte Axialkolbenmaschine ist in Schrägscheibenbauweise mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgeführt und umfaßt in bekannter Weise als wesentliche Bauteile ein hohlzylindrisches Gehäuse 1 mit einem stirnseitig offenen Ende (oberes Ende in Fig. 1) einen am Gehäuse 1 befestigten, dessen offenes Ende verschließenden Anschlußblock 2, eine Schrägscheibe 3, einen Steuerkörper 4, eine Triebwelle 5 und eine Zylindertrommel (Zylinderblock) 6. Bei der Axialkolbenmaschine kann es sich im Rahmen der Erfindung auch um eine Konstantmaschine handeln. Außerdem kann die Axialkolbenmaschine für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb und/oder für den Betrieb in wechselnde Drehrichtungen eingerichtet sein.
• Die Schrägscheibe 3 ist als sogenannte Schwenkwiege mit halbzylindrischem Querschnitt ausgebildet und stützt sich mit zwei, mit gegenseitigem radialen Abstand parallel zur Schwenkrichtung verlaufenden Lagerflächen unter hydrostatischer Entlastung an zwei entsprechend geformten Lagerschalen 8 ab, die an der Innenfläche der dem Anschlußblock 2 gegenüberliegenden Gehäuse-Stirnwand 9 befestigt sind. Die hydrostatische Entlastung erfolgt in bekannter Weise über Drucktaschen 10, die in den Lagerschalen 8 ausgebildet sind und über Anschlüsse 11 mit. Druckmittel versorgt werden. Eine in einer Ausbuchtung der zylindrischen Gehäusewandung 12 untergebrachte Stelleinrichtung 13 greift über einen sich in Richtung des Anschlußblocks 2 erstreckenden Arm 14 an der Schrägscheibe 3 an und dient zum Verschwenken derselben um eine zur Schwenkrichtung senkrechte Schwenkachse 3a.
• Der Steuerkörper 4 ist an der dem Gehäuse-Innenraum zugewandten Innenfläche des Anschlußblocks 2 befestigt und mit zwei durchgehenden Öffnungen 15 in Form von nierenförmigen Steuerschlitzen versehen, die über einen Druckkanal 16D bzw. Saugkanal 16S im Anschlußblock 2 an eine nicht gezeigte Druck- und Saugleitung angeschlossen sind. Der Druckkanal 16D weist einen kleineren Strömungsquerschnitt als der Saugkanal 16S auf. Die dem Gehäuse-Innenraum zugewandte und sphärisch ausgebildete Steuerfläche des Steuerkörpers 4 dient als Lagerfläche für die Zylindertrommel 6.
• Die Triebwelle 5 ragt durch eine Durchgangsbohrung in der Gehäuse-Stirnwand 9 in das Gehäuse 1 hinein und ist mittels eines Lagers 17 in dieser Durchgangsbohrung sowie mittels eines weiteren Lagers 18 in einem engeren Bohrungsabschnitt einer endseitig erweiterten Sackbohrung 19 im Anschlußbock 2 und einem an diesen engeren Bohrungsabschnitt angrenzenden Bereich einer zentrischen Durchgangsbohrung 20 im Steuerkörper 4 drehbar gelagert. Die Triebwelle 5 durchsetzt im Inneren des Gehäuses 1 weiterhin eine zentrische Durchgangsbohrung 21 in der Schrägscheibe 3, deren Durchmesser entsprechend dem größten Schwenkausschlag der Schrägscheibe 3 bemessen ist, sowie eine zentrische Durchgangsbohrung in der Zylindertrommel 6 mit zwei Bohrungsabschnitten.
• Einer dieser Bohrungsabschnitte ist in einer an der Zylindertrommel 6 angeformten, über deren der Schrägscheibe 3 zugewandte Stirnseite 22 hinausragenden hülsenförmigen Verlängerung 23 ausgebildet, über die die Zylindertrommel 6 mittels einer Keilnut-Verbindung 24 drehfest mit der Triebwelle 5 verbunden ist. Der verbleibende Bohrungsabschnitt ist mit konischem Verlauf ausgebildet; er verjüngt sich ausgehend von seinem Querschnitt größten Durchmessers nahe dem ersten Bohrungsabschnitt bis zu seinem Querschnitt kleinstem Durchmessers nahe der am Steuerkörper 4 anliegenden Stirn- oder Lagerfläche der Zylindertrommel 6. Der von der Triebwelle 5 und diesem konischen Bohrungsabschnitt definierte ringförmige Raum ist mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet.
• Die Zylindertrommel 6 weist achsparallel oder nach vorne konvergent verlaufende, abgestufte Zylinderbohrungen 26 auf, die gleichmäßig auf einem zur Triebwellenachse koaxialen Teilkreis angeordnet sind, und an der Zylindertrommel- Stirnseite 22 direkt und an der dem Steuerkörper 4 zugewandten Zylindertrommel-Lagerfläche über Mündungskanäle 27 auf dem gleichen Teilkreis wie die Steuerschlitze ausmünden. In die an der Zylindertrommel-Stirnseite 22 direkt ausmündenden Zylinderbohrungsabschnitte größeren Durchmessers ist je eine Laufbuchse 28 eingesetzt. Die Zylinderbohrungen 26 einschließlich der Laufbuchsen 28 sind hier als Zylinder bezeichnet. Innerhalb dieser Zylinder 26 verschiebbar angeordnete Kolben 29 sind an ihren der Schrägscheibe 3 zugewandten hinteren Enden mit Kugelköpfen 30 versehen, die in Gleitschuhen 31 gelagert und über diese an einer an der Schrägscheibe 5 befestigten ringförmigen Gleitscheibe 32 hydrostatisch gelagert sind. Jeder Gleitschuh 31 ist an seiner der Gleitscheibe 32 zugewandten Gleitfläche mit je einer nicht gezeigten Drucktasche versehen, die über eine Durchgangsbohrung 33 im Gleitschuh 31 an einen gegebenenfalls abgestuften axialen Durchgangskanal 34 im Kolben 29 angeschlossen und auf diese Weise mit dem vom Kolben 29 in der Zylinderbohrung 26 abgegrenzten Arbeitsraum des Zylinders verbunden ist. In jedem axialen Durchgangskanal 34 ist im Bereich des zugeordneten Kugelkopfes 30 eine Drossel ausgebildet. Ein mittels der Keilnut-Verbindung 24 axial verschiebbar auf der Triebwelle 5 angeordneter und durch eine Feder 35 in Richtung der Schrägscheibe 3 beaufschlagter Niederhalter 36 hält die Gleitschuhe 31 in Anlage an der Gleitscheibe 32.
• Der im Gehäuse-Innenraum von den darin aufgenommenen Bauteilen 3 bis 6 etc. nicht eingenommene Raum dient als Leckraum 37, der das im Betrieb der Axialkolbenmaschine durch sämtliche Spalte, wie zum Beispiel zwischen den Zylindern 26, 28 und den Kolben 29, dem Steuerkörper 4 und der Zylindertrommel 6, der Schrägscheibe 3 und der Gleitscheibe 32 sowie den Lagerschalen 8 etc., austretende Leckfluid aufnimmt.
• Die Funktion der vorstehend beschriebenen Axialkolbenmaschine ist allgemein bekannt und in nachstehender Beschreibung bei Einsatz als Pumpe auf das wesentliche beschränkt.
• Die Axialkolbenmaschine ist für den Betrieb z. B. mit Öl als Fluid vorgesehen. Über die Triebwelle 5 wird die Zylindertrommel 6 mitsamt den Kolben 29 in Drehung versetzt. Wenn durch Betätigung der Stelleinrichtung 13 die Schrägscheibe 3 in eine Schrägstellung (vergleiche Fig. 4) gegenüber der Zylindertrommel 6 verschwenkt ist, so vollführen sämtliche Kolben 29 Hubbewegungen; bei Drehung der Zylindertrommel 6 um 360° durchläuft jeder Kolben 29 auf der Saugseite einen Saughub und auf der radial gegenüberliegenden Druckseite einen Kompressionshub, wobei entsprechende Ölströme erzeugt werden, deren Zu- und Abführung über die Mündungskanäle 27, die Steuerschlitze 15 und den Druck- und Saugkanal 16D, 16S erfolgen. Die Saug- und Druckseiten rotieren mit der Zylindertrommel 6 kontinuierlich um die Drehachse der Axialkolbenmaschine. Dabei läuft während des Kompressionshubs jedes Kolbens 29 Drucköl von dem betreffenden Zylinder 26, 28 über den axialen Durchgangskanal 34 und die Durchgangsbohrung 33 im zugeordneten Gleitschuh 31 in dessen Drucktasche und baut ein Druckfeld zwischen der Gleitscheibe 32 und dem jeweiligen Gleitschuh 31 auf, das als hydrostatisches Lager für letzteren dient. Ferner wird Drucköl über die Anschlüsse 11 den Drucktaschen 10 in den Lagerschalen 8 zur hydrostatischen Abstützung der Schrägscheibe 3 zugeführt.
• Während des Kompressionshubs wird von der Schrägscheibe 3 auf jeden Gleitschuh 31 eine Normalkraft F_n ausgeübt, die bei vernachlässigbarer Reibung auf der Schrägscheibe 3 senkrecht steht. Diese Normalkraft wird im Kugelkopf 30 in eine Kolbenkraft F_k und eine Radial- oder Querkraft F_q zerlegt. Die Querkraft F_q wirkt im Kugelkopf 30 auf den Kolben 29 wie auf einen in der Zylindertrommel 6 eingespannten Balken, was die in Fig. 2 eingezeichneten, mit einem entsprechende axialen Wirkabstand entgegengesetzt gerichteten radialen und in die Umfangsrichtung der Zylindertrommel 6 gerichteten Kräfte F_r1, F_r2 hervorruft, mit denen der Kolben 29 gegen die Laufbuchse 28 gedrückt wird. Die hintere Radialkraft F_r1 ist größer als die vordere Radialkraft F_r2, und deshalb wird im Folgenden nur mit der hinteren Radialkraft F_r1 argumentiert.
• Unter der Wirkung der Radialkraft F_r1 wird insbesondere bei einer großen Relativgeschwindigkeit zwischen dem Kolben 29 und der Führungsfläche 28a der Laufbuchse 28 auf der Druckseite aufgrund der vergrößerten Gleitreibung eine größere Erwärmung bzw. eine höhere Temperatur im in Fig. 2 dargestellten Wirkbereich A in der Wandung der Laufbuchse 28 erzeugt, wobei letztere sich aufgrund der Erwärmung insbesondere im Bereich A ausdehnt. Da die Laufbuchse 28 durch ihren passenden Sitz in der zugehörigen Laufbuchsen- Aufnahmebohrung 28b an einer radial nach außen gerichteten Ausdehnung gehindert ist, würde sie sich radial nach innen ausdehnen, wodurch das Kolbenspiel verringert werden würde und der Kolben 29 eingeklemmt werden könnte, mit dem Ergebnis, daß das Führungslager beschädigt werden könnte, z. B. dadurch, daß der Kolben 29 frißt oder der Gleitschuh 31 abgerissen werden könnte, was zu einem Triebwerkstotalschaden führen würde. Die Abmessungen des eine Problemzone darstellenden Bereichs A sind in der Umfangsrichtung durch die erwärmte Zone a gebildet und in der Achsrichtung durch die erwärmte Zone a zuzüglich dem Kolbenhub, wie es Fig. 2 zeigt.
• Der vorbeschriebene Belastungsfall ist für den Pumpenbetrieb der Axialkolbenmaschine beschrieben. Ein vergleichbarer Belastungsfall mit vergleichbaren Radialkräften F_r1, F_r2 ergibt sich auch im Motorbetrieb der Axialkolbenmaschine, in dem die Kolben 29 auf der Druckseite axial gegen die Schrägscheibe 3 gedrückt werden und sich Kräfte F_n und F_k entgegengesetzter Wirkrichtung ergeben. Ein funktioneller Unterschied zwischen dem Pumpenbetrieb und dem Motorbetrieb besteht darin, daß im Pumpenbetrieb die Drehrichtung der Zylindertrommel 6 der Kolbenradialkraft F_r1 entgegengesetzt ist und im Motorbetrieb die Kolbenradialkraft F_r1 und die Drehrichtung in die gleiche Umfangsrichtung weisen. In beiden Funktionsbetrieben gilt, daß die Kolbenradialkraft F_r1 in die Umfangsrichtung gerichtet ist, in die der Neigungswinkel W geschlossen ist.
• Ein im Funktionsbetrieb mit dem vorbeschriebenen Belastungsfall gleichzeitig oder allein stattfindender Belastungsfall ergibt sich gemäß Fig. 3 bis 7 aufgrund der an den Kolben 29 wirksamen Fliehkräfte F_f, die radial nach außen gerichtet sind und - in der Querrichtung einer die Längsmittelachse der Axialkolbenmaschine und die Längsmittelachse des betreffenden Kolbens 29 enthaltenden Längsebene E gemäß Fig. 1, 4 und 5 gesehen - im Schwerpunkt S (Fig. 5) des Kolbens 29 bzw. der aus dem Kolben 29 und dem Gleitschuh 31 bestehenden Kolbeneinheit angreifen. Im Gegensatz zu den Radialkräften F_r1, F_r2, deren Größe mit steigendem Arbeitsdruck in den Zylindern 26, 28 zunimmt, sind die Kolbenfliehkräfte F_f von der Drehzahl der Zylindertrommel 6 abhängig und sie nehmen mit steigender Drehzahl zu, wobei eine Abhängigkeit von der Größe des Arbeitsdrucks nicht besteht. Bei diesem Belastungs- bzw. Funktionsfall ist ebenfalls ein eine Problemzone darstellender Bereich A und eine erwärmte Zone a entsprechend dem Belastungs- bzw. Funktionsfall gemäß Fig. 2 vorhanden, jedoch in der Ebene E angeordnet, wobei die Fliehkraft F_f in der Längsebene E im wesentlichen radial nach außen wirksam ist.
• Im Funktionsbetrieb der Axialkolbenmaschine bilden dann, wenn die Axialkolbenmaschine mit einem beträchtlichen Arbeitsdruck und einer beträchtlichen Drehzahl funktioniert, jeweils die Radial kraft F_r1 und die Kolbenfliehkraft F_f eine resultierende radial nach außen wirksame Radialkraft FR, die im sich zwischen der Radialkraft F_r1 und der Kolbenfliehkraft F_f erstreckenden Winkelbereich W1 wirksam ist, wobei der jeweils wirksame Wirkpunkt der resultierenden Radialkraft FR von der jeweils vorhandenen Größe des Arbeitsdrucks bzw. Radialkraft F_r1 und der Drehzahl bzw. Fliehkraft F abhängig ist und somit zum Wirkpunkt der Radialkraft F_r1 oder zum Wirkpunkt der Kolbenfliehkraft FR verlagert angeordnet sein kann. Für die resultierende Kolbenkraft FR ergibt sich somit ein dem Winkelbereich W1 bzw. dem von ihm im wesentlichen begrenzten Quadranten Q entsprechender Winkelbereich. Zur Vereinfachung kann somit eine mittlere Position für die resultierende Kolbenkraft FR als besonders vorteilhaft angenommen werden, in der letztere mit der die Längsmittelachse der Axialkolbenmaschine und die Längsmittelachse des betreffenden Kolbens 29 enthaltenden Ebene E einen Winkel W2 von etwa 45° einschließt. Da die Kolben 29 sich im Funktionsbetrieb hin- und herbewegen, kann zwecks weiterer Vereinfachung angenommen werden, daß - quer zur Längsmittelachse des betreffenden Kolbens 29 gesehen - die resultierende Kolbenkraft FR in einem Wirkbereich zwischen den durch die Kolbenfliehkraft F_f und der Radialkraft F_r1 hervorgerufenen Wirkbereichen wirksam ist. Ein solcher Belastungsfall bzw. Funktionsfall ist z. B. dann vorhanden, wenn die Axialkolbenmaschine im Motorbetrieb durch den Arbeitsdruck angetrieben wird und insbesondere dann hohe Drehzahlen erreicht, wenn die Axialkolbenmaschine ein kleines Durchsatzvolumen hat (Konstantmaschine) oder auf ein kleines Durchsatzvolumen eingestellt ist. Hierbei kann die Axialkolbenmaschine durch den Motor eines hydrostatischen Getriebes gebildet sein.
• Ein anderes Funktionskriterium bzw. ein anderer Funktionsfall, bei dem eine erhöhte Reibung und eine daraus resultierende erhöhte Erwärmung der Laufbuchse 28 auftritt, ist dann gegeben, wenn die Axialkolbenmaschine im wesentlichen drucklos oder mit geringem Arbeitsdruck arbeitet. In diesem Fall wird weniger bzw. im wesentlichen kein Leckfluid durch das Kolbenspiel gefördert und deshalb wird weniger oder im wesentlichen keine Reibungswärme abgeführt, wodurch eine erhöhte Erwärmung der betreffenden Zone mit den vorbeschriebenen Funktionsproblemen stattfinden kann.
• Zur Vermeidung oder zur Verminderung des vorbeschriebenen Problems weisen die Laufbuchsen 28 gemäß einen ersten Ausführungsbeispiel an ihrer Außenmantelfläche jeweils zumindest in dem Bereich, in dem sie vom zugehörigen Kolben 29 radial mit der größten Druckkraft, z. B. F_r1 oder FR oder F_f gedrückt werden, eine Ausnehmung 41 auf, deren sich in die Umfangsrichtung des Kolbens 29 erstreckende Abmessung der erwärmten Zone a, z. B. dem Radius r des Kolbens 29, entsprechen kann und deren axiale Abmessung dem Bereich A entsprechen kann. Die Ausnehmung 41 bzw. deren Mittelachse 41a kann im Bereich der Längsmittelebene E angeordnet sein, und zwar insbesondere dann, wenn die Axialkolbenmaschine mit hohen Drehzahlen und geringem Arbeitsdruck betrieben wird.
• Handelt es sich dagegen um eine Axialkolbenmaschine, die mit hohem Arbeitsdruck und verhältnismäßig geringer Drehzahl betrieben wird, ist es vorteilhaft, die Ausnehmung 41 auf der Seite des Kolbens 29 anzuordnen, die in die Drehrichtung weist.
• Wenn die Axialkolbenmaschine für beide vorgenannten Funktionskriterien geeignet sein soll, ist es vorteilhaft, die Ausnehmung 41 oder ihre Mittelachse 41a im Bereich des äußeren und in die Umfangsrichtung gerichteten Quadranten Q der Laufbuchse 28 anzuordnen, wobei der Neigungswinkel W in diese Umfangsrichtung geschlossen ist. Dabei kann die Ausnehmung 41 je nach Einsatzbedingung hinsichtlich Drehzahl und Arbeitsdruck zu Längsmittelebene E oder in die Drehrichtung versetzt im Quadranten oder über diesen hinausragend angeordnet sein. Zwecks Vereinfachung der Bauweise kann es vorteilhaft sein, die Position der Ausnehmung 41 nur im Bereich der resultierenden Radialkraft FR anzuordnen.
• Quer zur Kolben- bzw. Zylinderachse gesehen kann die Ausnehmung 41 bei einer Konstantmaschine im mittleren Hubbereich oder bei einer verstellbaren Axialkolbenmaschine im mittleren Bereich des maximalen Hubbereichs angeordnet sein. Dabei kann die Ausnehmung 41 im mittleren Hubbereich der etwa radialen Wirkachse des Schwerpunktes S oder im Bereich des Schwerpunktes S bei minimal ausgeschwenkter Schrägscheibe 3 angeordnet sein.
• Es hat sich gezeigt, daß eine vorteilhafte Anordnungsstelle für die Ausnehmung 41, 41b, 41c dann vorhanden ist, wenn sie im hinteren ausmündungsseitigen Bereich, vorzugsweise vollständig in der ausmündungsseitigen Hälfte, der Laufbuchse 28 angeordnet ist. Der Abstand b der Ausnehmung 41 vom hinteren bzw. ausmündungsseitigen Ende der Laufbuchse 28 kann 3 mm bis 10 mm, insbesondere etwa 5 mm, betragen. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist die Ausnehmung 41 bzw. deren Mittelachse 41a im Bereich des der Schrägscheibe 3 abgewandten Endbereichs des Kolbenhubes bei etwa maximal ausgeschwenkter Schrägscheibe 31 angeordnet.
• Anstelle in der Außenmantelfläche der Laufbuchsen 28 kann im Rahmen der Erfindung die Ausnehmung 41 in der Innenmantelfläche der Laufbuchsen 28 angeordnet sein, wie es Fig. 6 als Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausgestaltung befindet sich der durch die Ausnehmung 41 gebildete Freiraum nicht zwischen den Laufbuchsen 28 und den Innenflächen der Laufbuchsenlöcher 28a sondern zwischen den Laufbuchsen 28 und den zugehörigen Kolben 29. Bei einer Erwärmung kann sich deshalb jeweils das Material der Laufbuchsen 28 in diesen Freiraum ausdehnen, ohne daß das Kolbenspiel vermindert wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Laufbuchsen 28 sich radial nach außen nicht ausdehnen können, weil sie von den Innenflächen der Laufbuchsenlöcher 28b umschlossen sind.
• Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile ebenfalls mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, umfaßt eine weitere abgewandelte Ausgestaltung, bei der zusätzlich zu den Ausnehmungen 41 in den Innen- bzw. Führungsflächen 28a der Laufbuchsen 28 Ausnehmungen 41 auch in den Innenflächen der Laufbuchsen- Aufnahmelöcher 28b angeordnet sind.
• Auch bei den Ausgestaltungen gemäß Fig. 6 und 7 brauchen die Ausnehmungen 41 sich nur in dem Bereich zu befinden bzw. zu erstrecken, in dem im Funktionsbetrieb mit einer erhöhten Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung zu rechnen ist, zum Beispiel im Wirkbereich der Radialkraft F_r1 und/oder im Bereich der Fliehkraft F_f. Deshalb gelten die bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 5 vorbeschriebenen Anordnungsstellen in der Axialrichtung und/oder in der Umfangsrichtung für die Ausnehmung 41 auch bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 6 und 7. Bezüglich des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7 ist noch zu ergänzen, daß die Ausnehmung 41b in der Innenmantelfläche der Laufbuchsen 28 und die Ausnehmung 41c in der Innenmantelfläche der Aufnahmelöcher 28b jeweils in der gleichen Radialrichtung angeordnet sind, so daß sie radial hintereinander angeordnet sind. Beim Vorhandensein der Ausnehmung 41b kann das Material der Laufbuchsen 28 sich jeweils auch in den durch die Ausnehmung 41b gebildeten Freiraum ausdehnen, so daß auch hierdurch eine Verringerung des Kolbenspiels vermieden wird.
• Die axiale Abmessung c der Ausnehmung 41, 41b, 41c kann etwa dem 0,3-fachen bis 0,7-fachen des Innendurchmessers 2r, vorzugsweise dem 0,5-fachen Innendurchmessers 2r, der Laufbuchse 28 entsprechen.
• Wenn die Ausnehmung 41, 41b, 41c in der Umfangsrichtung so groß ausgebildet ist, daß sie sich über den gesamten Quadranten Q erstreckt, eignet sie sich für die vorbeschriebenen Funktionsfälle, bzw. Funktionskriterien. Dies gilt auch dann, wenn die Ausnehmung 41, 41b, 41c durch eine Ringnut gebildet ist. Eine solche Ausnehmung 41, 41b, 41c läßt sich einfach herstellen. Außerdem bedarf es bei der Montage der Laufbuchse 28 keiner Aufmerksamkeit dahingehend, in welcher Position sich die Ausnehmung 41, 41b, 41c befindet. Aufgrund der Ringform paßt die Ausnehmung 41, 41b, 41c in jeder Drehstellung der Laufbuchse 28, und deshalb kann diese in jeder Drehstellung montiert werden.
• Zwecks Vermeidung von Schwächungskanten oder von zum Bruch neigenden Kanten ist es vorteilhaft, die Ausnehmungen 41, 41b, 41c - hier im Längsquerschnitt - jeweils mit einer konkav gerundeten Form oder kugelabschnittförmig auszubilden. Eine solche Form wird auch als Kalotte bezeichnet. Der Radius r1 der vorzugsweise kugelabschnittförmig gerundeten Ausnehmungsfläche entspricht etwa dem vier bis sechsfachen, insbesondere etwa dem fünffachen, des Innendurchmessers 2r. Die Tiefe t der Ausnehmung 41, 41b soll etwa 1% bis 10%, insbesondere etwa 5%, des Innenradiuses r betragen. Im Falle der Ausnehmung 41c gilt dies für den Innenradius der Aufnahmelöcher 28b.
• Nachfolgend werden noch einige vorteilhafte Merkmale der Erfindung beschrieben. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich und vorteilhaft, die Laufbuchse 28 mit der Ausnehmung 41 im Kontaktbereich zur sie umfassenden Zylindertrommel 6 so auszugestalten, daß bei betriebsbedingter Erwärmung der Reibpaarung durch thermische Kompensation das Kolbenspiel (Spaltweite) zwischen dem Kolben 29 und der Laufbuchse 28 im Bereich der Ausnehmung den gleichen Wert beibehält (exakte Kompensation). Diese Ausgestaltung ist auch bei Zunahme der Spaltweite mit zunehmender Erwärmung möglich (Überkompensation). Außerdem ist diese Ausgestaltung bei Abnahme der Spaltweite mit zunehmender Erwärmung möglich (Unterkompensation). Diese Ausgestaltung ist auch bei einem Einstellen einer beliebigen Spaltkontur durch eine entsprechende Nutgestaltung möglich.
• Es ist im weiterem vorteilhaft, die Laufbuchsen 28 insbesondere im Bereich der Ausnehmung 41, 41b, 41c durch eine Kühleinrichtung 45 zu kühlen. Die Kühleinrichtung kann an sich der aus DE 44 23 023 A1 entnehmbaren Ausgestaltung entsprechen, bei der ein die Laufbuchsenbohrung 28b schneidender und etwa radialer Kühlkanal 46 in der Zylindertrommel 6 vorgesehen ist, der den freien Innenraum 25 der Zylindertrommel 6 mit dem die Zylindertrommel umgebenden Innenraum 25a verbindet. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 durchsetzt der Kühlkanal 46 die zugehörige Laufbuchse 28 jeweils im Bereich der Ausnehmung 41b. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 7 kann der Kühlkanal 46 sich bis in die Ausnehmung 41c oder auch in die Ausnehmung 41b erstrecken. Vorzugsweise ist der Kühlkanal 46 so angeordnet, daß seine Mittelachse die Längsmittelachse des zugehörigen Zylinders 26 schneidet.
• Bei dieser Kühleinrichtung 45 findet insbesondere bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 im Funktionsbetrieb eine selbsttätige Förderung des hydraulischen Fluids bzw. Öls statt, und zwar aufgrund der Fliehkraft, die im Funktionsbetrieb auf die in den Kühlkanälen 46 vorhandene hydraulische Fluid wirkt. Durch einen den Innenraum 25 mit dem Innenraum 25a verbindenden Strömungskreislauf ist die vorbeschriebene selbsttätige Förderung des hydraulischen Fluids gewährleistet. Im Ausführungsbeispiel ist der Innenraum 25a durch einen z. B. im Anschlußblock 2 verlaufenden Kanal 38 mit dem Innenraum 25 verbunden, hier mit der Sackbohrung 19. Hierdurch ist ein Kühlkreislauf geschaffen, der im Funktionsbetrieb aufgrund der Fliehkraftwirkung selbsttätig funktioniert.

Claims (14)

1. Hydrostatische Maschine, insbesondere Schrägscheibenmaschine, mit einem Zylinderblock (6), in dem Laufbuchsenlöcher (28b) angeordnet sind, in denen Laufbuchsen (28) sitzen, die Kolbenlöcher (28a) umschließen, in denen Kolben (29) hin- und herverschiebbar gelagert sind, wobei die Kolben (29) mit ihren vorderen, in den Zylinderblock (6) eintauchenden Enden Zylinder (26) begrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchsen (28) jeweils in ihrem dem Zylinder (26) abgewandten Bereich und zumindest im Bereich der den Kolben (29) gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft (F_f, F_r1) eine axial begrenzte Ausnehmung (41) in ihrer Außenmantelfläche aufweisen.

2. Hydrostatische Maschine, insbesondere Schrägscheibenmaschine, mit Zylinderblock (6), in dem Laufbuchsenlöcher (28b) angeordnet sind, in denen Laufbuchsen (28) sitzen, die Kolbenlöcher (28a) umschließen, in denen Kolben (29) hin- und herverschiebbar gelagert sind, wobei die Kolben (29) mit ihren vorderen, in den Zylinderblock (6) eintauchenden Enden Zylinder (26) begrenzen, wobei die Laufbuchsen (28) jeweils in ihrem dem Zylinder (26) abgewandten Bereich eine axial begrenzte Ausnehmung (41b) in ihrer Innenmantelfläche (28a) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41b) jeweils zumindest im Bereich der den Kolben (29) gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft (F_f, F_r1) angeordnet ist.

3. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchsenlöcher (28b) jeweils in ihrem dem Zylinder (26) abgewandten Bereich und zumindest im Bereich der den Kolben (29) gegen die Kolbenlochwandung drückenden maximalen Kolbenradialkraft (F_f, F_r1) eine axial begrenzte weitere Ausnehmung (41c) in ihrer Innenfläche aufweisen, wobei die Ausnehmung (41b) und die weitere Ausnehmung (41c) radial miteinander fluchten.

4. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41, 41b, 41c) im Bereich des Schwerpunkts (S) des Kolbens (29) angeordnet ist.

5. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchsatzvolumen der Axialkolbenmaschine verstellbar ist und die Ausnehmung (41, 41b, 41c) sich im Bereich des Schwerpunkts (S) befindet, wenn die Axialkolbenmaschine auf minimales Durchsatzvolumen eingestellt ist.

6. Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß - in der Achsrichtung der Axialkolbenmaschine gesehen - die Ausnehmung (41, 41b, 41c) oder deren Mittelachse (41a) im Bereich des äußeren Quadranten (Q) der Laufbuchse (28) angeordnet ist, wobei der Quadrant (Q) in die Umfangsrichtung gerichtet ist, in die der Neigungswinkel (W) geschlossen ist.

7. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41, 41b) und/oder die weitere Ausnehmung (41c) eine Ringausnehmung ist.

8. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41) jeweils vollständig in der den Zylindern (26) abgewandten Längshälfte der Laufbuchse (28) angeordnet ist.

9. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41) jeweils einen Abstand von den den Zylindern (26) abgewandten Enden der Laufbuchsen (28) von etwa 3 mm bis 10 mm, insbesondere etwa 5 mm, aufweist.

10. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Abmessung der Ausnehmung (41) etwa 3/10 bis 7/10, insbesondere 5/10, des Durchmessers (2r) des Kolbenlochs (28a) entspricht.

11. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Grundfläche der Ausnehmung (41) gerundet ist, vorzugsweise in kreisbogenabschnittsförmiger Form.

12. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (r1) der Rundung dem vier- bis sechsfachen, insbesondere dem fünffachen, der Querschnittsabmessung des Kolbenlochs (28a) entspricht.

13. Hydrostatische Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (41) mit einem Kühlkanal (46) einer Kühleinrichtung (45) verbunden ist, die vorzugsweise einen Kühlkreislauf aufweist.

14. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkanal (46) einen im Zylinderblock (6) angeordneten Fluidraum (25) mit einem den Zylinderblock (6) umgebenden Fluidraum (25a) verbindet.