-
Die
Erfindung betrifft eine Steuerplatte für eine Axialkolbenmaschine.
-
In
Axialkolbenmaschinen ist mit einer Triebwelle drehfest verbunden
eine Zylindertrommel angeordnet. Diese dreht sich im Falle einer
Pumpe getrieben durch die Triebwelle in einem Gehäuse.
Zur Rotationsachse der Zylindertrommel geneigt angeordnet ist eine
Schrägscheibe, auf der sich Kolben, die in Zylinderbohrungen
längsverschieblich angeordnet sind, gleitend abstützen.
Dabei kommt es bei einer Drehung der Zylindertrommel, in der die
Zylinderbohrungen angeordnet sind, zu einer Hubbewegung der Kolben.
An der von der Schrägscheibe abgewandten Seite sind die
Zylinderbohrungen zur Stirnseite der Zylindertrommel offen und werden über eine
Steuerplatte zeitweilig abwechselnd in Kontakt mit einem Hochdruck-
und Niederdruckkanal gebracht.
-
Eine
dieser Art aufgebaute Axialkolbenmaschine ist aus der
DE 10 2004 033 321 B4 bekannt. Um
die Leckageflüsse niedrig zu halten, muss die Stirnseite
der Zylindertrommel, in der die Zylinderbohrungen ausmünden,
dichtend mit der korrespondierenden Fläche der Steuerplatte
zusammenwirken. Hierzu ist eine relativ hohe Flächenpressung
erforderlich. Während eines Einlaufvorgangs passen sich die
beiden Flächen unter Last aneinander an. Um diesen Vorgang
zu ermöglichen und insbesondere um lokale Flächenpressungsspitzen
abzubauen ist auf Seiten der Steuerplatte eine Beschichtung vorgesehen.
Diese Beschichtung besteht aus aufgeschmolzener Bronze und bildet
damit eine Materialpaarung ”weich/hart” mit der
Zylindertrommel aus. Der Einlaufvorgang ist zum einen erforderlich,
da die beiden miteinander in Kontakt stehenden Flächen der
Steuerplatte und der Zylindertrommel nicht kongruent sind und andererseits
da aufgrund der Schrägstellung der Schrägscheibe
eine Querkraft auf die Zylindertrommel entsteht, die zu einer ungleichmäßigen
Verteilung der Flächenpressung führt.
-
Bronze
ist ein bleihaltiges Material. Es gilt daher Lösungen zu
finden, bei denen auf die Bronze und damit das enthaltene Blei möglichst
verzichtet werden kann. Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Steuerplatte zu schaffen, die auch ohne den Einsatz
von bleihaltiger Bronze in der Lage ist, Flächenpressungsspitzen
zu vermeiden.
-
Die
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Steuerplatte
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die
erfindungsgemäße Steuerplatte für eine Axialkolbenmaschine
weist zumindest eine erste Steueröffnung und eine zweite
Steueröffnung auf. Benachbart zu den beiden Steueröffnungen
ist ein innerer Dichtsteg und ein äußerer Dichtsteg
ausgebildet. Erfindungsgemäß ist ein Teilbereich
des äußeren Dichtstegs so ausgebildet, dass er
im Vergleich zu einem weiteren Teilbereich des äußeren
Dichtstegs eine erhöhte Elastizität aufweist.
-
Durch
eine solche Bereichsweise ausgebildete Elastizität ist
es möglich, eine elastische Verformung dieses Teilbereichs
zu erzielen. Durch die elastische Verformung wird es möglich,
auch ohne die plastisch verformbare Bronze Flächenpressungsspitzen
abzubauen. Infolgedessen ist eine Materialpaarung ”weich/hart” nicht
mehr erforderlich. Ein klassischer Einlaufvorgang mit einer plastischen
Materialumformung oder einem Materialabtrag ist daher nicht erforderlich.
-
In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Steuerplatte ausgeführt.
-
Der
zumindest eine Teilbereich mit erhöhter Elastizität
wird vorzugsweise durch eine sich in radialer Richtung unter einer
Dichtfläche des Dichtstegs erstreckende Ausnehmung realisiert.
Fertigungstechnisch ist eine solche radiale Ausnehmung einfach einzubringen.
Bei den in der Regel kreisrunden Geometrien der Steuerplatten kann
die Ausnehmung daher in Form einer Nut an einem Außenumfangsbereich
der Steuerplatte ausgebildet sein. Dabei ist es insbesondere bevorzugt,
dass sich die Ausnehmung in Form einer Tasche radial von außen
auf eine Mittelachse der Steuerplatte zu erstreckt. Die Tasche wird
dabei insbesondere als umlaufende Nut ausgebildet, so dass bei der
ohnehin spanenden Bearbeitung, die zum Erzeugen der Dichtflächen
nötig ist, lediglich ein einfacher weiterer Arbeitsschritt
erforderlich ist.
-
Besonders
bevorzugt ist ein zweiter Teilbereich mit erhöhter Elastizität
vorgesehen. Dieser erstreckt sich als Steueröffnungstasche
radial nach außen in den Bereich des äußeren
Dichtstegs. Durch eine solche zusätzliche Steueröffnungstasche
können Flächenpressungsspitzen, die aufgrund des
in einer Steueröffnung herrschenden Hochdrucks an der inneren
Dichtkante des äußeren Dichtungsstegs entstehen,
durch elastische Verformung des Dichtstegs in diesem Bereich abgebaut
werden. Insbesondere bei einer Ausbildung mit zwei hinsichtlich
ihrer Elastizität erhöhten Teilbereichen, nämlich
an der äußeren Dichtkante des äußeren
Dichtstegs und zusätzlich an der die Steueröffnung
begrenzenden inneren Dichtkante des äußeren Dichtstegs,
lässt sich somit eine erhebliche Verlängerung
der Lebensdauer der Steuerplatte erreichen. Insbesondere wird durch die
Reduzierung der Flächenpressungsspitzen der Einsatz von
einer harten Oberflächenbeschichtung ermöglicht.
So ist es besonders bevorzugt, an dem inneren und äußeren
Dichtsteg eine kohlenstoffhaltige Beschichtung vorzusehen. Diese
wird vorzugsweise an der gesamten, mit der Stirnseite der Zylindertrommel
in Kontakt stehenden Fläche der Steuerplatte aufgebracht.
Es ergibt sich damit eine Materialpaarung hart/sehr hart.
-
Die
Steueröffnungstasche ist in ihrem Querschnitt vorzugsweise
im Wesentlichen dreieckig. Dabei ist der kleinste Innenwinkel des
Dreiecks auf der von der Dichtfläche der Steuerplatte abgewandten Seite
ausgebildet.
-
Weiterhin
ist es bevorzugt, dass sich an dem radial äußeren
Dichtsteg ein radial nach außen erstreckender Überhang
anschließt. Durch einen solchen Überhang wird
eine Interferenz zwischen Zugspannungen, die sich im Bereich der
Ausnehmung ergeben und Druckspannungen auf der Dichtfläche des
Dichtstegs entstehen, miteinander interferieren.
-
Ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Steuerplatte wird anhand der Zeichnung in der nachfolgenden Beschreibung
detailliert erläutert. Es zeigen:
-
1 einen
Teilschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit der erfindungsgemäßen
Steuerplatte;
-
2 eine
vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts der 1 zur
Verdeutlichung der Geometrie der erfindungsgemäßen
Steuerplatte;
-
3 einen
Schnitt durch die erfindungsgemäße Steuerplatte;
-
4 eine
Ansicht der der Zylindertrommel zugewandten Seite der erfindungsgemäßen
Steuerplatte;
-
5 eine
vergrößerte Darstellung eines Schnitts im Bereich
einer Steueröffnung; und
-
6 eine
weiter vergrößerte Darstellung zur Verdeutlichung
der bevorzugten Geometrie im Bereich des Teilbereichs mit erhöhter
Elastizität.
-
Die
in der 1 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist
vorzugsweise als aus einer Neutrallage heraus in zwei Richtungen
verschwenkbare Axialkolbenpumpe ausgeführt. Sie umfasst
eine Triebwelle 2, über die eine drehfest mit
der Triebwelle 2 verbundene Zylindertrommel 3 innerhalb
des Gehäuses der Axialkolbenmaschine 1 gedreht
werden kann. In der Zylindertrommel 3 sind über
einen Umfang verteilt mehrere sich in Längsrichtung erstreckende
Zylinderbohrungen 4 ausgebildet. In den Zylinderbohrungen 4 sind
jeweils Kolben 5 längsverschieblich angeordnet.
Die Kolben 5 stützen sich an einer nicht dargestellten
Schrägscheibe ab und führen somit bei einer Drehung
der Triebwelle 2 und damit der Zylindertrommel 3 eine
Hubbewegung in dem jeweiligen Zylinderraum aus. Auf der von der
Schrägscheibe abgewandten Seite sind die Zylinderbohrungen 4 zur Stirnseite
der Zylindertrommel 3 hin über jeweils eine Öffnung 8 offen.
Die Öffnungen 8 stehen mit einem ersten oder einem
zweiten Arbeitskanal 6, 7 bei einer Drehung der
Zylindertrommel 3 wechselweise in Kontakt.
-
Die
Arbeitskanäle 6 und 7 sind in einem ein Gehäuse
der Axialkolbenmaschine 1 verschließenden Steuerdeckel 10 ausgebildet.
Zwischen dem Steuerdeckel 10 und der Zylindertrommel 3 ist
eine Steuerplatte 9 ausgebildet, die ebenfalls über
Steueröffnungen verfügt, die sich in nachfolgend
noch zu zeigender Weise entlang der durch die Öffnungen 8 beschriebenen
Kreisbahn erstrecken. Zur Verdeutlichung der Geometrie ist der Bereich II in
der 2 vergrößert dargestellt.
-
Die
Steuerplatte 9 hat eine ebene Seite, mit der sie an dem
Steuerdeckel 10 dichtend anliegt. Die davon abgewandte
Seite steht mit einer Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 3 gleitend
dichtend in Kontakt. Die Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 3 und
die Geometrie der dieser Stirnfläche 12 zugewandten Seite
der Steuerplatte 9 sind hierzu korrespondierend zueinander
ausgeführt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
weist die Steuerplatte 9 eine kegelstumpfförmige
Grundgeometrie auf, durch welche die Zylindertrommel 3 in
der Axialkolbenmaschine 1 zentriert wird. Eine solche Zentrierung
kann auch durch eine sphärische Ausbildung der der Zylindertrommel 3 zugewandten
Seite der Steuerplatte 9 erzielt werden. Grundsätzlich
ist es auch denkbar, dass die der Zylindertrommel 3 zugewandte
Seite eben ausgeführt ist.
-
Um
die Zylinderbohrung 4 über die Öffnung 8 mit
einem Arbeitskanal 7 verbinden zu können, ist auch
in der Steuerplatte 9 eine Steueröffnung 16 ausgebildet.
Auf der der Zylindertrommel 3 zugewandten Seite ergibt
sich damit ein innerer Dichtsteg 14, der ausgehend von
der Steueröffnung 16 auf der zur Triebwelle 2 hin
orientierten Seite ausgebildet ist und in einem radial äußeren
Bereich ein äußerer Dichtsteg 15. Die
Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 3 liegt
sowohl dichtend an der Dichtfläche des inneren Dichtstegs 14 als
auch an der Dichtfläche des äußeren Dichtstegs 15 an.
-
Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Beschichtung 13 vorgesehen,
welche vorzugsweise aus Kohlenstoff besteht oder zumindest kohlenstoffhaltig
ist. Durch die Kohlenstoffschicht und die aus Stahl gefertigte Zylindertrommel 3 entsteht
eine Materialpaarung ”hart/sehr hart”, welche
in einem Dauerbetrieb nur geringem Verschleiß unterworfen
ist.
-
Die 3 zeigt
einen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete
Steuerplatte 9. Bevor im Detail auf die Geometrien zur
Ausbildung des zumindest einen elastischen Teilbereichs eingegangen wird,
wird anhand der 3 und 4 der grundsätzliche
geometrische Aufbau der Steuerplatte 9 beschrieben. In
der Steuerplatte 9 sind, wie es bereits erläutert
wurde, Steueröffnungen 16, 16' und 18, 18' ausgebildet.
Die beiden Steueröffnungen 16 und 16' bilden
gemeinsam eine Steuerniere 19 aus. Der zwischen der Steueröffnungen 16 und 16' verbleibende Steg
dient der Erhöhung der Festigkeit in diesem Bereich, da
es bei Axialkolbenpumpen zu erheblichen Drücken auf der
Förderseite kommen kann. In vergleichbarer Weise ist eine
zweite Steuerniere 20 erzeugt, welche die beiden durchgehenden
Steueröffnungen 18 und 18' umfasst. Zwischen
den beiden Steueröffnungen 18, 18' ist
ein lediglich vertiefter Bereich vorgesehen, der die beiden Steueröffnungen 18, 18' miteinander
verbindet. Zur Minderung von Pulsationen sind sog. Steuerkerben 17, 21 und 22, 23 an
den Enden der Steuernieren 19, 20 ausgebildet.
Ausgehend von der zweiten Steuerniere 20 zum Mittelpunkt
der Steuerplatte 9 hin ist ein innerer Dichtsteg 14 ausgebildet.
In entsprechender Weise ist auch bei der ersten Steuerniere 19 ein
Dichtsteg 14 ausgebildet, wobei der Übersichtlichkeit
wegen auf eine erneute Bezeichnung verzichtet wird.
-
In
vergleichbarer Weise ist radial nach außen gehend von der
zweiten Steuerniere 20 (bzw. 19) ein äußerer
Dichtsteg 15 ausgebildet. In der 5 ist ein Schnitt
entlang der Linie V-V der 4 dargestellt. Es
wird in der 5 davon ausgegangen, dass der Schnitt
durch die Steueröffnung 18' verläuft.
Es ist noch einmal zu erkennen, dass in Richtung der Mittelachse
der Axialkolbenmaschine der innere Dichtsteg 14 und in
radialer Richtung nach außen der äußere
Dichtsteg 15 ausgebildet ist. Außerhalb des äußeren
Dichtstegs 15 schließt sich noch ein radial erweiterter
Bereich 30 an, der jedoch in Bezug auf die Dichtfläche
des äußeren Dichtstegs 15 zurückversetzt
ist. Dieser radial erweiterte Bereich 30 weist eine geringere
Dicke auf, als die Steuerplatte 9 im Bereich des inneren
und des äußeren Dichtstegs 14, 15.
Im Übergangsbereich zwischen dem radial erweiterten Bereich 30 und
dem äußeren Dichtsteg 15 ist eine Ausnehmung 26 in
Form einer von außen in Richtung auf die Mittelachse der
Steuerplatte 9 zu gerichteten Tasche ausgebildet. Die Tasche
kann vorzugsweise in Form einer umlaufenden Nut ausgebildet sein.
Die Nut ist dabei hinsichtlich ihrer Tiefe so bemessen, dass sie
um eine Tiefe d weiter in Richtung der Mittelachse der Steuerplatte 9 eindringt,
als der Abstand der äußeren Dichtkante des äußeren Dichtstegs 15 von
der Mittelachse ist. Dadurch entsteht ein erster Teilbereich mit
höherer Elastizität durch die die Flächenpressungsspitzen
abgefangen werden können.
-
In
der 5 ist ferner noch ein zweiter Teilbereich mit
erhöhter Elastizität gezeigt. Dieser zweite Teilbereich
ist in Form einer Nut oder Tasche 27 ausgebildet. Diese
Tasche wird als Ausnehmung ausgehend von der Steueröffnung 18' so
in radialer Richtung nach außen eingebracht, dass ebenfalls
die die Druckbelastung der Zylindertrommel 3 tragende Materialstärke
im Bereich des äußeren Dichtstegs 15 reduziert
wird und somit eine erhöhte Elastizität erreicht wird.
Im Querschnitt ist die Tasche 27 vorzugsweise im Wesentlichen
dreieckig. Dabei ist der kleinste Innenwinkel des Dreiecks, auf
der zu der Fläche 25 hin orientierten Seite angeordnet.
Die größte Tiefe der Tasche 27, die am
Punkt P angeordnet ist, ist dabei so gewählt, dass zwischen
der Tasche 26 und der Tasche 27 ausreichend Material
verbleibt, so dass die Grundfestigkeit der Steuerplatte 9 im
Bereich des äußeren. Dichtstegs 15 gewährleistet
ist.
-
In
der 6 ist noch einmal eine vergrößerte Darstellung
des Bereichs des Hinterstichs in Form der radial in Richtung der
Mittelachse ausgebildeten Tasche 26 dargestellt. Es ist
zu erkennen, dass die Tiefe des Hinterstichs so gewählt
ist, dass ein Bereich mit der Dicke d des äußeren
Dichtstegs 14 hinsichtlich seiner Elastizität
erhöht ist. Unter Erhöhung der Elastizität
wird dabei immer der Vergleich mit einer ohne die Tasche 26 ausgebildeten
Steuerplatte 9 verstanden. Der nicht ausgehöhlte
Bereich bildet damit einen weiteren Teilbereich aus.
-
Ferner
ist zu erkennen, dass in radialer Richtung nach außen an
den äußeren Dichtsteg 15 anschließend
ein Überhang 28 ausgebildet ist. Dieser Überhang 28 trägt
somit nicht zur unmittelbaren Einstellung der Elastizität
des äußeren Dichtstegs 15 in dem ersten
oder zweiten Teilbereich, der sich unmittelbar an die äußere
Dichtkante des äußeren Dichtstegs 15 anschließt,
bei. Der Überhang 28 wird dabei jedoch ebenfalls
durch das Einbringen der Tasche 26 realisiert. Die Tasche 26 wird
somit zwischen einer der Zylindertrommel 3 zugewandten
Fläche der Steuerplatte 29 und dem äußeren
Dichtsteg 15 eingebracht.
-
Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Insbesondere sind einzelne Merkmale auch individuell
miteinander in vorteilhafter Weise kombinierbar. So kann die äußere Tasche 26 gemeinsam
mit der inneren Tasche 27 oder alleine vorgesehen sein.
Entscheidend ist, dass in dem Bereich, in dem üblicherweise
Flächenpressungsspitzen auftreten, eine Erhöhung
der Elastizität in einem Teilbereich gegenüber
einer nicht bearbeiteten Steuerplatte 9 eingestellt wird.
Während die äußere Tasche 26 dazu
vorgesehen ist, im Bereich der äußeren Dichtkante
des äußeren Dichtstegs 15 die Flächenpressungsspitzen
abzubauen, ist die innere Tasche 27 dazu vorgesehen, den
aufgrund des Hochdrucks auftretenden Druckspitzen im Bereich der
Dichtkante am radial inneren Ende des äußeren Dichtstegs
entgegenzuwirken. Dadurch ergibt sich durch die homogene Anlage
des Zylinders auf der Steuerplatte ein reduzierter Verschleiß.
Zudem wird auch bei Einwirkung von Stoß- oder Schlagkräften eine
Steuerplattenbeschichtung vor Beschädigung geschützt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102004033321
B4 [0003]