DE102007055167A1

DE102007055167A1 - Kolben-Gleitschuh-Paarung für eine Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102007055167A1
Application number: DE200710055167
Authority: DE
Inventors: Harald Kuhn
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Gleitschuh-Paarung für eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Schrägscheibenmaschine, mit einem Kolben (5) und einem gelenkig an dem Kolben (5) gelagerten Gleitschuh (7), wobei der Kolben (5) mit dem Gleitschuh (7) mittels eines von einer Kugel (20) und einer im Wesentlichen kugelförmigen Ausnehmung (21) gebildeten Kugelgelenks (9) verbunden ist und im Bereich des Kugelgelenks (9) eine hydrostatische Entlastung vorgesehen ist, wobei zur hydrostatischen Entlastung im Bereich des Kugelgelenks ein Entlastungsdruckraum (23) vorgesehen ist, der über eine in dem Kolben (5) ausgebildete Längsbohrung (25) mit Druck beaufschlagbar ist und von einer im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks (9) angeordneten Dichtfläche (26) begrenzt ist. Die Aufgabe, eine Kolben-Gleitschuh-Paarung zur Verfügung zu stellen, die ein verbessertes Reibungsverhalten aufweist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Abstützung der Kugel (2) des Kugelgelenks (9) eine Stützfläche (30) vorgesehen ist, die im radial inneren Bereich des Kugelgelenks (9) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Gleitschuh-Paarung für eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Schrägscheibenmaschine, mit einem Kolben und einem gelenkig an dem Kolben gelagerten Gleitschuh, wobei der Kolben mit dem Gleitschuh mittels eines von einer Kugel und einer im Wesentlichen kugelförmigen Ausnehmung gebildeten Kugelgelenks verbunden ist und im Bereich des Kugelgelenks eine hydrostatische Entlastung vorgesehen ist, wobei zur hydrostatischen Entlastung im Bereich des Kugelgelenks ein Entlastungsdruckraum vorgesehen ist, der über eine in dem Kolben ausgebildete Längsbohrung mit Druck beaufschlagbar ist und von einer im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks angeordneten Dichtfläche begrenzt ist.
Bei als Schrägscheibenmaschinen ausgebildeten Axialkolbenmaschinen sind die in der rotierenden Zylindertrommel angeordneten Kolben mittels jeweils eines Gleitschuhs auf einer als Schrägscheibe ausgebildeten Gleitfläche abgestützt und hydrostatisch entlastet, um Reibkräfte zwischen den Kolben und der Schrägscheibe zu vermindern und somit einen hohen Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine zu erzielen. Die hydrostatische Entlastung der Gleitschuhe auf der Schrägscheibe erfolgt mittels einer Verbindungsbohrung in den Gleitschuhen, die sich von dem mit dem Kolben in Verbindung stehenden Bereich in Richtung zu einer Gleitschuhplatte erstreckt, mittels der die Gleitschuhe an der Schrägscheibe abgestützt sind. Die Verbindungsbohrung steht hierbei mit einer Längsbohrung im Kolben in Verbindung, die zum Druckraum des Kolbens geführt ist, wodurch Druckmittel vom Kolben zur Gleitschuhplatte zur hydrostatischen Entlastung des Gleitschuhs auf der Gleitfläche strömen kann.
Der Kolben ist hierbei mit dem Gleitschuh gelenkig zu einer Kolben-Gleitschuh-Paarung verbunden. Bei bekannten Axialkolbenmaschinen ist hierzu ein Kugelgelenk vorgesehen, das von einer Kugel und einer im Wesentlichen kugelförmigen Ausnehmung gebildet ist. An dem Kugelgelenk ist eine hydrostatische Entlastung vorgesehen, um die auf den Kolben und somit das Kugelgelenk einwirkende, aus dem im Druckraum des Kolben anstehenden Druck resultierende Kolbenkraft zumindest teilweise zu entlasten. Hierzu ist im Bereich des Kugelgelenks ein Entlastungsdruckraum vorgesehen ist, der über die in dem Kolben ausgebildete Längsbohrung mit Druck beaufschlagbar ist. Der Entlastungsdruckraum ist hierbei von einer im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks angeordneten Dichtfläche begrenzt, um Leckage zu vermeiden. Da konstruktionsbedingt bei bekannten Axialkolbenmaschinen der Durchmesser des Kolbens größer als der Durchmesser des Kugelgelenkes ist, kann der Entlastungsdruckraum lediglich derart bemessen werden, dass eine teilweise hydrostatische Entlastung der auf das Kugelgelenk der Kolben-Gleitschuh-Paarung einwirkenden Kolbenkraft erzielt wird. Die verbleibende Kolbenkraft bewirkt eine Restanpressung und wird an der Dichtfläche durch Reibkräfte abgestützt, die senkrecht zur Dichtfläche angeordnet ist.
Durch die Anordnung der Dichtfläche, an der sich die Reibkräfte abstützen, am radial äußeren Bereich des Kugelgelenks, ergeben sich aufgrund eines ungünstigen Winkels zur Gleitschuhlängsachse hohe Reibkräfte, die ein Klemmen zwischen dem Kolben und dem Gleitschuh und somit ein Abkippen des Gleitschuhs von der Schrägscheibe bewirken können. Das Abkippen der Gleitschuhe von der Schrägscheibe führt zu einer erhöhten Reibung des Gleitschuhs an der Schrägscheibe und zu einer erhöhten Leckage zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe. Zudem führen die an der Dichtfläche des Kugelgelenks angreifenden Reibkräfte zu erhöhten Abstützkräften des Kolbens in der Zylinderbohrung der Zylindertrommel, die eine erhöhte Reibung des Kolbens in der Zylindertrommel bewirkt. Durch die erhöhte Reibung im Bereich des Kugelgelenks, der Gleitschuhe sowie der Kolben weist eine Axialkolbenmaschine des Standes der Technik somit einen erhöhten Verschleiß und einen verringerten Wirkungsgrad auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolben-Gleitschuh-Paarung der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die ein verbessertes Reibungsverhalten aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Abstützung der Kugel des Kugelgelenks eine Stützfläche vorgesehen ist, die im radial inneren Bereich des Kugelgelenks angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist somit bezüglich der Kolbenlängsachse bzw. der Gleitschuhlängsachse im radial inneren Bereich des Kugelgelenks eine Stützfläche vorgesehen, an der die von der Restanpressung hervorgerufen Reibkräfte als Normalkräfte abgestützt werden können. Durch die Anordnung der Stützfläche im radial inneren Bereich des Kugelgelenks ergeben sich hierbei günstige Winkel bezüglich der Kolbenlängsachse bzw. der Gleitschuhlängsachse, wodurch sich geringere Reibkräfte an dem Kugelgelenk ergeben. Hierdurch wird einem Klemmen des Gleitschuhs und somit einem Abkippen des Gleitschuhs von der Schrägscheibe wirkungsvoll entgegengewirkt und somit eine geringe Reibung sowie eine geringe Leckage zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe erzielt. Zudem ergeben sich durch die verringerten, als Normalkraft wirkenden Reibkräfte im Kugelgelenk verringerte Abstützkräfte des Kolbens in der Zylinderbohrung, wodurch ebenfalls die Reibung des Kolbens in der Zylinderbohrung verringert wird. Insgesamt wird somit ein verbessertes Reibungsverhalten des Kugelgelenks der Kolben-Gleitschuh-Paarung erzielt, wobei bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung in einer Axialkolbenmaschine geringe Reibungsverluste, geringe Leckage und ein geringer Verschleiß und somit ein hoher Wirkungsrad der Axialkolbenmaschine erzielbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Stützfläche als sphärischer Stützsteg ausgebildet. Ein sphärischer Stützsteg kann auf einfache Weise im Bereich der Kugel bzw. der kugelförmigen Ausnehmung hergestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kugel an dem Gleitschuh und die kugelförmige Ausnehmung an dem Kolben ausgebildet, wobei die Stützfläche benachbart zu der Längsbohrung des Kolbens angeordnet ist. Die Stützfläche ist somit bezüglich der Kolbenlängsachse im radial inneren Bereich der kugelförmigen Ausnehmung benachbart zu der Längsbohrung des Kolbens angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung der Stützfläche ergibt sich ein günstiger Angriffspunkt der Reibkräfte.
Der Entlastungsdruckraum kann hierbei gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung in der kugelförmigen Ausnehmung des Kolbens gebildet sein. Eine derartige Entlastungsnut, die senkrecht zur Kolbenlängsachse in Umfangsrichtung der kugelförmigen Ausnehmung angeordnet ist und bezüglich der Kolbenlängsachse nach radial innen durch die Stützfläche und nach radial außen durch die Dichtfläche begrenzt ist, ermöglicht bei geringem Bauaufwand ein hohe Entlastung der Kolbenkraft, wodurch lediglich eine geringe Restanpressung verbleibt, die durch die an der Stützfläche angreifenden Reibkräfte abgestützt werden muss.
Zweckmäßigerweise ist hierbei an der Kugel des Gleitschuhs mindestens eine Verbindungsnut ausgebildet, mittels der die Entlastungsausnehmung mit der Längsbohrung verbindbar ist. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Verbindung des von der Entlastungsausnehmung gebildeten Entlastungsdruckraums mit der druckführenden Längsbohrung des Kolbens erzielt werden und somit die hydrostatische Entlastung des Kugelgelenks sichergestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung kann der Entlastungsdruckraum von einer an der Kugel ausgebildeten nutförmigen Entlastungsausnehmung gebildet sein. Eine derartige Entlastungsnut, die an der Oberfläche der Kugel des Gleitschuhs senkrecht zur Gleitschuhlängsachse in Umfangsrichtung der Kugel angeordnet ist, kann auf einfache Weise hergestellt werden.
Sofern hierbei in dem Gleitschuh mindestens ein Verbindungskanal ausgebildet ist, mittels dem die Längsbohrung mit der Entlastungsausnehmung verbindbar ist, kann eine Beaufschlagung des von der Entlastungsnut gebildeten Entlastungsdruckraum von dem in der Längsbohrung anstehenden Druck und somit eine hydrostatische Entlastung des Kugelgelenks auf einfache Weise erzielt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Kugel an dem Kolben und die kugelförmige Ausnehmung an dem Gleitschuh ausgebildet, wobei die Stützfläche benachbart zu einer in dem Gleitschuh ausgebildeten Verbindungsbohrung angeordnet, die mit der Längsbohrung des Kolbens in Verbindung steht. Die Stützfläche ist somit bezüglich der Gleitschuhlängsachse im radial inneren Bereich der kugelförmigen Ausnehmung benachbart zu der Verbindungsbohrung des Gleitschuhs angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung der Stützfläche sind günstige Angriffspunkte der Reibkräfte bei einem derartigen Kugelgelenk erzielbar.
Der Entlastungsdruckraum kann hierbei gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung in der kugelförmigen Ausnehmung des Gleitschuhs gebildet sein. Eine derartige Entlastungsnut, die senkrecht zur Gleitschuhlängsachse in Umfangsrichtung der kugelförmigen Ausnehmung angeordnet ist und bezüglich der Gleitschuhlängsachse nach radial innen durch die Stützfläche und nach radial außen durch die Dichtfläche begrenzt ist, ermöglicht bei geringem Bauaufwand ein hohe Entlastung der Kolbenkraft, wodurch lediglich eine geringe Restanpressung verbleibt, die durch die an der Stützfläche angreifenden Reibkräfte abgestützt werden muss.
Zweckmäßigerweise ist die Stützfläche hierbei derart bemessen ist, dass die Entlastungsausnehmung mit der Längsbohrung des Kolbens in Verbindung steht. Hierdurch wird ohne zusätzliche Verbindungsnuten bzw. Verbindungskanäle eine Verbindung des Entlastungsdruckraumes mit der druckführenden Längsbohrung und somit eine hydrostatische Entlastung des Kugelgelenks erzielt.
Besondere Vorteile ergeben sich bei der Verwendung einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung in einem Hydromotor. Aufgrund der verringerten Reibkräfte an dem Kugelgelenk zwischen dem Kolben und dem Gleitschuh ergibt sich ein verringertes Abkippen des Gleitschuhs von der Schrägscheibe, wodurch eine geringe Leckage zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe auftritt und somit eine gleichförmige Bewegung eines Hydromotors bei geringen Drehgeschwindigkeiten der Zylindertrommel erzielbar ist.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine Axialkolbenmaschine des Standes der Technik in einem Längsschnitt,
2 die Kolben-Gleitschuh-Paarung der 1 in einer vergrößerten Darstellung,
3 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung,
4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung und
5 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung.
In der 1 ist eine als Schrägscheibenmaschine ausgebildete hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 des Standes der Technik in einem Längsschnitt dargestellt.
Die Axialkolbenmaschine 1 weist eine um eine Rotationsachse 2 drehbar gelagerte Zylindertrommel 3 auf, die mit mehreren konzentrisch angeordneten Zylinderbohrungen 4 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben 5 längsverschiebbar gelagert ist. Die Zylindertrommel 3 steht hierbei mit einer konzentrisch zur Rotationsachse 2 angeordneten Triebwelle 6 in drehfester Verbindung.
Die Kolben 5 stützen sich hierbei mittels jeweils eines Gleitschuhs 7 auf einer als Schrägscheibe 8 ausgebildeten Gleitfläche ab. Die Schrägscheibe 8 kann hierbei wie in der 1 dargestellt an einem Gehäuse 10 der Schrägscheibenmaschine 1 angeformt sein, wobei die Schrägscheibenmaschine 1 ein festes Verdrängungsvolumen aufweist. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Schrägscheibe 8 verstellbar auszubilden, wodurch die Schrägscheibenmaschine 1 ein veränderbares Verdrängungsvolumen aufweist.
Die Zylindertrommel 3 stützt sich in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche 11 ab, die an einem scheibenförmigen Steuerboden 12 ausgebildet ist. Der Steuerboden 12 ist mit nicht mehr dargestellten nierenförmigen Steuerschlitzen versehen, die einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss der Schrägscheibenmaschine 1 bilden.
Die Gleitschuhe 7 stehen mit einer als scheibenförmige Rückhalteplatte 15 ausgebildeten Rückhalteeinrichtung 16 in Wirkverbindung. Die Rückhalteplatte 15 ist auf einem kugelförmigen Lagerbauteil 17 gelagert, das mittels einer von einer Feder oder mehreren Federn gebildeten Federeinrichtung 18 an der Zylindertrommel 3 abgestützt ist. Mittels der Federeinrichtung 18 werden hierbei die Gleitschuhe 7 über das Lagerbauteil 17 und die Rückhalteplatte 15 in Richtung der Schrägscheibe 8 beaufschlagt.
Die Gleitschuhe 7 sind hierbei an dem entsprechenden Kolben 5 mittels jeweils eines Kugelgelenks 9 gelenkig verbunden und bilden eine Kolben-Gleitschuh-Paarung.
In der 2 ist eine von dem Kolben 5 und dem Gleitschuh 7 gebildete Kolben-Gleitschuh-Paarung des Standes der Technik in einer vergrößerten Darstellung dargestellt, wobei die im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 auftretenden Kräfte verdeutlicht sind.
Das Kugelgelenk 9 zwischen dem Kolben 5 und dem Gleitschuh 7 ist von einer an dem Gleitschuh 7 ausgebildeten Kugel 20 und einer an dem Kolben 5 ausgebildeten, im Wesentlichen kugelförmigen Ausnehmung 21 gebildet, wobei die Kugel 20 des Gleitschuhs 7 in der Ausnehmung 21 beispielsweise durch eine Umbördelung 22 befestigt ist. Im Bereich des Kugelgelenks 9 ist eine hydrostatische Entlastung vorgesehen, um die an dem Kolben 5 anstehende, aus dem Druck in der Zylinderbohrung 4 resultierende Kolbenkraft F_K zu entlasten. Die Kolbenkraft F_K wird mittels des Gleitschuhs 7 an der schräg zur Kobenlängsachse L angeordneten Schrägscheibe 8 durch eine senkrecht zur Schrägscheibe wirkende Gleitschuhkraft F_G abgestützt.
Zur hydrostatischen Entlastung des Kugelgelenks 9 ist zwischen der Kugel 20 und der kugelförmigen Ausnehmung 21 ein Entlastungsdruckraum 23 vorgesehen, der von einer entsprechenden Entlastungsausnehmung 24 in der kugelförmigen Ausnehmung 21 gebildet ist. Dieser Entlastungsdruckraum 23 ist über eine in dem Kolben 5 angeordnete Längsbohrung 25 an den von dem Kolben 5 und der Zylinderbohrung 4 gebildeten Zylinderraum angeschlossen und somit von dem am Kolben 5 anstehenden Druck beaufschlagt. Um Leckage zu vermeiden, ist der Entlastungsdruckraum 23 von einer Dichtfläche 26 begrenzt, die bezüglich der Kolbenlängsachse L im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks 9 an der kugelförmigen Ausnehmung 21 ausgebildet ist.
Gemäß der 2 ist der Durchmesser des Kolbens 5 größer als der Durchmesser des Kugelgelenks 9, wodurch die an der Stirnseite des Kolbens 5 anstehenden Kolbenkraft F_K nur teilweise durch die hydrostatische Entlastung mittels des druckbeaufschlagten Entlastungsdruckraums 23 entlastet werden kann. Die verbleibende Kolbenkraft F_K bewirkt eine Restanpressung und wird an der Dichtfläche 26 durch Reibkräfte F_R abgestützt, die senkrecht zur Dichtfläche 26 angeordnet ist.
Durch den Angriff der Reibkraft F_R am radial äußeren Bereich des Kugelgelenks 9 ergibt sich hierbei ein ungünstiger Winkel zwischen der Reibkraft F_R sowie Gleitschuhlängsachse G und somit der Gleitschuhkraft F_G, wodurch sich hohe Reibkräfte F_R ergeben.
Diese hohen Reibkräfte F_R bewirken ein Klemmen des Gleitschuhs 7 im Kugelgelenk 9 und können zudem zu einem Abkippen des Gleitschuhs 7 von der Schrägscheibe führen. Darüber hinaus verursachen die hohen Reibkräfte F_R hohe Abstützkräfte des Kolbens 5 innerhalb der Zylinderbohrung 4.
In der 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung in einer Darstellung gemäß der 2 gezeigt. An der in dem Kolben 5 ausgebildeten kugelförmigen Ausnehmung 21 des Kugelgelenks 9 ist bezüglich der Kolbenlängsachse L im radial inneren Bereich des Kugelgelenks 9 benachbart zu der Längsbohrung 25 eine Stützfläche 30 ausgebildet. Die Stützfläche 30 ist hierbei als sphärischer Stützsteg ausgebildet, der konzentrisch zur Längsbohrung 25 an der Ausnehmung 21 angeordnet ist.
Der Entlastungsdruckraum 23 schließt sich in Richtung des radial äußeren Bereichs des Kugelgelenks 9 an die Stützfläche 30 an und ist von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung 24 gebildet, die senkrecht zur Kolbenlängsachse L des Kolbens 5 in Umfangsrichtung der kugelförmigen Ausnehmung 21 angeordnet ist. An den Entlastungsdruckraum 23 schließt sich die bezüglich der Kolbenlängsachse L im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks 9 angeordnete Dichtfläche 26 an, die an der kugelförmigen Ausnehmung 21 ausgebildet ist. Der Entlastungsdruckraum 23 ist somit bezüglich der Kolbenlängsachse L nach radial Innen von der Stützfläche 30 und nach radial Außen von der Dichtfläche 26 begrenzt.
In der an dem Gleitschuh 7 angeformten Kugel 20 sind an der Oberfläche der Kugel 20 Verbindungsnuten 31a, 31b angeordnet, die eine Verbindung der in dem Kolben 5 angeordneten Längsbohrung 25 mit der Entlastungsausnehmung 24 und somit eine Druckbeaufschlagung des Entlastungsdruckraumes 23 zur hydrostatischen Entlastung des Kugelgelenks 9 sicherstellen. Hierbei können zwei um 90° versetzte Verbindungsnuten 31a, 31b vorgesehen werden, um in jeder Drehposition des Gleitschuhs 7 um die Gleitschuhlängsachse G eine Verbindung des Entlastungsdruckraumes 23 mit der Längsbohrung 25 sicherzustellen.
Bei der in der 4 dargestellten erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung ist der Entlastungsdruckraum 23 an der an dem Gleitschuh 7 angeformten Kugel 20 ausgebildet. Hierzu ist eine nutförmige Entlastungsausnehmung 24 an der Oberfläche der Kugel 20 des Kugelgelenks 9 senkrecht zur Gleitschuhlängsachse G in Umfangsrichtung der Kugel 20 ausgebildet. Die Entlastungsausnehmung 24 ist hierbei in der dem Kolben 5 zugewandten, oberen Hälfte der Kugel 20 angeordnet. Zur Verbindung des Entlastungsdruckraumes 23 mit der Längsbohrung 25 ist in der Kugel 20 des Gleitschuhs 7 ein bohrungsförmiger Verbindungskanal 35 angeordnet, der von einer konzentrisch zur Gleitschuhlängsachse G angeordneten Verbindungsbohrung 36 abzweigt und zu der Entlastungsausnehmung 24 geführt ist. Die Verbindungsbohrung 36 steht hierbei mit der Längsbohrung 25 des Kolbens 5 in Verbindung und ist zu einer Drucktasche 37 an der der Schrägscheibe zugewandten Gleitschuhplatte 38 des Gleitschuhs 7 geführt. Mittels der Drucktasche 37 ist hierbei eine hydrostatische Entlastung des Gleitschuhs 7 an der Schrägscheibe erzielbar.
Die in dem Kolben 5 ausgebildete kugelförmige Ausnehmung 21 des Kugelgelenks bildet hierbei bezüglich der Kolbenlängsachse L im radial inneren Bereich des Kugelgelenks 9 die Stützfläche 30, die als sphärischer Stützsteg ausgebildet ist und konzentrisch sowie benachbart zur Längsbohrung 25 an der Ausnehmung 21 angeordnet ist. Zudem bildet die Ausnehmung 21 bezüglich der Kobenlängsachse L im radialen äußeren Bereich des Kugelgelenks 9 die Dichtfläche 26.
Bei dem in der 5 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung ist die Kugel 20 des Kugelgelenks 9 an dem Kolben 5 und die kugelförmige Ausnehmung 21 des Kugelgelenks 9 an dem Gleitschuh 7 ausgebildet. An der in dem Gleitschuh 7 ausgebildeten kugelförmigen Ausnehmung 21 des Kugelgelenks 9 ist bezüglich der Gleitschuhlängsachse G im radial inneren Bereich des Kugelgelenks 9 die Stützfläche 30 angeordnet. Die Stützfläche 30 ist hierbei als sphärischer Stützsteg ausgebildet, der konzentrisch und benachbart zu der in dem Gleitschuh 7 angeordneten Verbindungsbohrung 36 an der Ausnehmung 21 ausgebildet ist.
An die Stützfläche 30 schließt sich bezüglich der Gleitschuhlängsachse G nach radial außen der Entlastungsdruckraum 23 an, der von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung 24 in der kugelförmigen Ausnehmung 21 gebildet ist. Die Entlastungsausnehmung 24 ist hierbei senkrecht zur Gleitschuhlängsachse G des Gleitschuhs 7 in Umfangsrichtung der kugelförmigen Ausnehmung 21 angeordnet.
An den Entlastungsdruckraum 23 schließt sich die bezüglich der Gleitschuhlängsachse G im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks 9 die an der kugelförmigen Ausnehmung 21 angeordnete Dichtfläche 26 an. Der Entlastungsdruckraum 23 ist somit bezüglich der Gleitschuhlängsachse G nach radial Innen von der Stützfläche 30 und nach radial Außen von der Dichtfläche 26 begrenzt.
Die Stützfläche 30 ist hierbei derart bemessen, dass die in dem Kolben 5 angeordnete Längsbohrung 25 sowohl mit der Verbindungsbohrung 36 als auch mit dem Entlastungsdruckraum 23 in Verbindung steht, um eine hydrostatische Entlastung des Kugelgelenks 9 mittels des Entlastungsdruckraumes 23 und eine hydrostatische Entlastung des Gleitschuhs 7 an der Schrägscheibe mittels der Drucktasche 37 sicherzustellen.
Bei den in den 3 bis 5 dargestellten erfindungsgemäßem Kolben-Gleitschuh-Paarungen ist im Kugelgelenk 9 die an der Stirnseite des Kolbens 5 anstehenden Kolbenkraft F_K zumindest teilweise durch die hydrostatische Entlastung mittels des druckbeaufschlagten Entlastungsdruckraums 23 entlastet. Die verbleibende Kolbenkraft F_K bewirkt eine Restanpressung, die erfindungsgemäß an der Stützfläche 30 bezüglich der Kolbenlängsachse L bzw. der Gleitschuhlängsachse G im radial inneren Bereich des Kugelgelenks 9 durch Reibkräfte F_R abgestützt ist, die senkrecht auf die entsprechende Stützfläche 30 wirken.
Durch die Anordnung der Stützfläche 30 an der kugelförmigen Ausnehmung 21 benachbart zur Längsbohrung 25 des Kolbens 5 bzw. der Verbindungsbohrung 36 des Gleitschuhs 7 und den dadurch erzielten Angriff der Reibkräfte F_R bezüglich der Kolbenlängsachse L bzw. der Gleitschuhlängsachse G im radial inneren Bereich des Kugelgelenks 9 ergibt sich ein günstiger Winkel zwischen den Reibkräften F_R sowie der Gleitschuhlängsachse G und somit der Gleitschuhkraft F_G, wodurch sich lediglich geringe Reibkräfte F_R aus der verbleibenden Kolbenkraft F_K ergeben.
Durch die geringen Reibkräfte F_R wird hierbei eine geringe Reibung in dem Kugelgelenk 9 erzielt. Zudem wird aufgrund der geringen Reibkräfte F_R und deren günstigen Winkel zur Gleitschuhlängsachse G bzw. der Gleitschuhkraft F_G einem Abkippen des Gleitschuhs 7 von der Schrägscheibe wirksam entgegengewirkt und verringerte Abstützkräfte des Kolbens 5 in der Zylinderbohrung 4 erzielt. Hierdurch weist eine mit der erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung ausgerüstete Axialkolbenmaschine 1 verringerte Reibungsverluste und somit einen erhöhten Wirkungsgrad auf. Darüber hinaus wird eine geringe Leckage zwischen den Gleitschuhen 7 und der Schrägscheibe erzielt, wodurch sich neben verringerten Reibungsverlusten und somit einem verbesserten Wirkungsgrad weiterhin ein verbessertes Langsamlaufverhalten einer als Hydromotor eingesetzten Axialkolbenmaschine 1 mit einer hohen Gleichförmigkeit der Drehgeschwindigkeit der Zylindertrommel ergibt. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der verringerten Reibungsverluste ein verringerter Verschleiß einer mit den erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarungen versehenen Axialkolbenmaschine.
Durch die erfindungsgemäße Stützfläche 30 ist es zudem möglich, den Entlastungsdruckraum 23 im Durchmesser zu vergrößern, wobei eine erhöhte Entlastung der Kolbenkraft F_K und somit eine verringerte Restanpressung erzielbar ist. Hierdurch ist eine geringere verbleibende Kolbenkraft F_K als Reibkräfte F_R an der Stützfläche 30 abzustützen. Durch das verringerte Abkippen der Gleitschuhe 7 von der Schrägscheibe bei der erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarung ist es weiterhin möglich, die mittels der Drucktasche 37 erzielbare Gleitschuhentlastung zwischen dem Gleitschuh 7 und der Schrägscheibe zu erhöhen, wodurch die Reibung und der Verschleiß einer mit den erfindungsgemäßen Kolben-Gleitschuh-Paarungen versehenen Axialkolbenmaschine weiter verringert werden kann.

Claims

Kolben-Gleitschuh-Paarung für eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Schrägscheibenmaschine, mit einem Kolben und einem gelenkig an dem Kolben gelagerten Gleitschuh, wobei der Kolben mit dem Gleitschuh mittels eines von einer Kugel und einer im Wesentlichen kugelförmigen Ausnehmung gebildeten Kugelgelenks verbunden ist und im Bereich des Kugelgelenks eine hydrostatische Entlastung vorgesehen ist, wobei zur hydrostatischen Entlastung im Bereich des Kugelgelenks ein Entlastungsdruckraum vorgesehen ist, der über eine in dem Kolben ausgebildete Längsbohrung mit Druck beaufschlagbar ist und von einer im radial äußeren Bereich des Kugelgelenks angeordneten Dichtfläche begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstützung der Kugel (20) des Kugelgelenks (9) eine Stützfläche (30) vorgesehen ist, die im radial inneren Bereich des Kugelgelenks (9) angeordnet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (30) als sphärischer Stützsteg ausgebildet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (20) an dem Gleitschuh (7) und die kugelförmige Ausnehmung (21) an dem Kolben (5) ausgebildet ist, wobei die Stützfläche (30) benachbart zu der Längsbohrung (25) des Kolbens (5) angeordnet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsdruckraum (23) von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung (24) in der kugelförmigen Ausnehmung (21) des Kolbens (5) gebildet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kugel (20) des Gleitschuhs (7) mindestens eine Verbindungsnut (31a; 31b) ausgebildet ist, mittels der die Entlastungsausnehmung (24) mit der Längsbohrung (25) verbindbar ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsdruckraum (23) von einer an der Kugel (20) ausgebildeten nutförmigen Entlastungsausnehmung (24) gebildet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gleitschuh (7) mindestens ein Verbindungskanal (35) ausgebildet ist, mittels dem die Längsbohrung (25) mit der Entlastungsausnehmung (24) verbindbar ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (20) an dem Kolben (5) und die kugelförmige Ausnehmung (21) an dem Gleitschuh (7) ausgebildet ist, wobei die Stützfläche (30) benachbart zu einer in dem Gleitschuh (7) ausgebildeten Verbindungsbohrung (36) angeordnet ist, die mit der Längsbohrung (25) des Kolbens in Verbindung steht.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Entlastungsdruckraum (23) von einer nutförmigen Entlastungsausnehmung (24) in der kugelförmigen Ausnehmung (21) des Gleitschuhs (7) gebildet ist.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, die die Stützfläche (30) derart bemessen ist, dass die Entlastungsausnehmung (24) mit der Längsbohrung (25) des Kolbens (5) in Verbindung steht.
Kolben-Gleitschuh-Paarung nach einem der vorangegangenen Ansprüche gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Hydromotor.