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Die Erfindung betrifft ein System mit Gleitschuhen und einem Kolben für eine Axialkolbenmaschine zueinander.
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Axialkolbenmaschinen weisen eine Zylindertrommel auf, in der bei einer Rotation der Zylindertrommel Kolben in axialer Richtung verschoben werden. Die Kolben stützen sich zum Erzeugen dieser Hubbewegung im Falle einer Pumpe oder zum Erzeugen einer Drehbewegung im Falle eines Hydromotors mittels Gleitschuhen an einer Lauffläche der Axialkolbenmaschine ab. Insbesondere bei verstellbaren Maschinen ist es erforderlich, zwischen dem Gleitschuh und dem Kolben dabei eine gelenkige Verbindung auszubilden. Einerseits ist es hierzu bekannt, den Gleitschuh oder den Kolben mit einem kugelförmigen Kopf zu versehen, der in eine entsprechende sphärische Ausnehmung des jeweils anderen Teils eingesetzt wird. Die sphärische Ausnehmung ist dabei so ausgeführt, dass ein Umformen der offenen Seite erfolgen kann, so dass auch Zugkräfte zwischen Gleitschuh und Kolben übertragen werden können. Diese sind erforderlich, da im Falle einer Hydropumpe auch während des Saughubs mittels einer Rückzugvorrichtung sichergestellt werden muss, dass der Gleitschuh und damit der Kolben der Neigung der Lauffläche folgt.
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Eine andere Möglichkeit zwischen dem Kolben und dem Gleitschuh auch Zugkräfte zu übertragen ist in der
DE 10 2008 038 767 A1 vorgeschlagen. Hier werden der Kolben und der Gleitschuh zu einem gelenkig miteinander verbundenen System kombiniert. An dem Gleitschuh kann dann eine Rückzugplatte angreifen, die während des Saughubs die axiale Bewegung des Kolbens erzwingt. Eine entsprechende Rückzugplatte ist beispielsweise aus der
DE 103 00 070 A1 bekannt.
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Solche Konstruktionen sind jedoch aufwendig und erfordern eine Vielzahl von zusammenwirkenden Teilen. Ferner ist die Fertigung von Messinggleitschuhen, die einen Kugelkopf des Kolbens umgreifen aufgrund der erforderlichen Umformung aufwendig.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vereinfachung der Rückzugeinrichtung zu schaffen und die aufwendige Gleitschuhherstellung und Montage zu vereinfachen. Darüber hinaus ist es Aufgabe, einen Gleitschuh zu schaffen, der den kugelförmigen Kopf des Kolbens in einer entsprechenden Negativform des Gleitschuhs die Funktionalität des Haltens zum Übertragen von Zugkräften zwischen dem Gleitschuh und dem Kolben in einfacher Weise bildet.
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Die Aufgabe wird durch ein System umfassend einen Gleitschuh, mindestens einen weiteren Gleitschuh und einen Kolben einer Axialkolbenmaschine, der erfindungsgemäße Gleitschuh mit dem Merkmal des Anspruchs 1, gelöst.
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Das erfindungsgemäße System für eine Axialkolbenmaschine weist ein Gelenkteil auf, welches mit einem Verbindungsteil verbunden ist. In dem Gelenkteil ist eine sphärische Aufnahmeöffnung angeordnet, welche der Aufnahme eines kugelförmigen Endes eines Kolbens der Axialkolbenmaschine dient. Auf der von der offenen Seite der Aufnahmeöffnung abgewandten Seite ist an dem Gelenkteil eine Gleitfläche ausgebildet, mit welcher sich die Einheit bestehend aus Kolben und Gleitschuh im Betrieb einer Axialkolbenmaschine an deren Lauffläche abstützt. Die Lauffläche ist beispielsweise an einer verstellbaren Schrägscheibe angeordnet.
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Im Bezug auf die Lauffläche und somit die Gleitfläche seitlich neben dem Gelenkteil ist das Verbindungsteil angeordnet. Das Verbindungsteil und das Gelenkteil sind miteinander verbunden und dabei so ausgebildet, dass jeweils das Gelenkteil eines Gleitschuhs mit dem Verbindungsteil eines weiteren Gleitschuhs verbindbar ist, so dass in verbundenem Zustand zwischen den beiden Gleitschuhen Kräfte in eine Richtung senkrecht zu der Ebene der Gleitfläche übertragbar sind. Das bedeutet, dass bei Erzeugen einer Kraft in axialer Richtung in Bezug auf den durch die beiden Gleitschuhe gehaltenen Kolben, die beiden über das Verbindungsteil und Gelenkteil miteinander verbundenen Gleitschuhe nur gemeinsam bewegt werden können. Dadurch ist es möglich, dass die Aufnahmeöffnung so ausgebildet ist, dass sich der Kolben in dieser lediglich unter Erzeugung von Druckkräften abstützen kann. Dagegen werden Zugkräfte durch das Verbindungsteil eines anderen Gleitschuhes übernommen und auf das Gelenkteil des diesen Kolben aufnehmenden Gleitschuhs übertragen.
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Durch diese Anordnung ist es möglich, die sphärische Aufnahmeöffnung so zu gestalten, dass sie das kugelkopfförmige Ende des Kolbens nicht weiter als bis zum Diameter umschließen muss. Dies erleichtert die Fertigung erheblich und erlaubt es insbesondere den Gleitschuh auch als Kunststoffteil auszuführen. Bislang war an einer solchen Anordnung, hergestellt durch Umspritzen des Kolbens mittels Kunststoffspritzguss, nachteilig, dass Kunststoff beim Erkalten schrumpft und so zu einem Klemmen auf dem Kolben führte, sofern der Kugelkopf zu mehr als der Hälfte durch die Aufnahmeöffnung umgriffen werden muss. Erst die Ausbildung der Verbindung zwischen dem Kolben und dem Gleitschuh mit Hilfe eines weiteren Gleitschuhs erlaubt daher die sinnvolle Verwendung von Kunststoff im Bereich der Gleitschuhe.
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In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Systems ausgeführt. Insbesondere ist es vorteilhaft, an dem Gelenkteil eine Nut vorzusehen die entlang einer Kreislinie verläuft und das Verbindungsteil im Wesentlichen U-förmig zu gestalten, so dass das Uförmige Verbindungsteil mit seinen beiden Schenkeln in die Nut des weiteren Gleitschuhs eingreifen kann. Auf diese Weise lassen sich die beiden Gleitschuhe durch Ineinanderschieben einfach miteinander verbinden. Das Eingreifen in die Nut stellt dabei sicher, dass in axialer Richtung, die senkrecht auf der Lauffläche des Gleitschuhs steht, Kräfte in beiden Richtungen zwischen den Gleitschuhen übertragen werden können. Sind alle Gleitschuhe einer Axialkolbenmaschine auf diese Weise miteinander verbunden, so kann eine separate Rückzugsvorrichtung entfallen. Die von dem Kolben der Druckseite aufgebrachte Kraft verhindert dann sowohl ein Verkippen der anderen Gleitschuhe als auch das Abheben auf der Saugseite. Wichtig ist hierbei, dass Nut und Schenkel spielfrei gefügt werden. Damit wird ein Aufbiegen der Anordnung miteinander verbundener Gleitschuhe in axialer Richtung verhindert.
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Die Nut erstreckt sich dabei vorzugsweise entlang einer Kreisbahn, wobei die beiden Schenkel an ihrer offenen Seite des U-förmigen Verbindungsteils einen Abstand aufweisen, der kleiner als der Durchmesser der Kreisbahn ist. Auf diese Weise umgreifen die beiden Schenkel des Verbindungsteils die Nut des Gelenkteils eines weiteren Gleitschuhs zu mehr als 50%. Damit lassen sich zwei Gleitschuhe über Einführen des U-förmigen Verbindungsteils in die Nut miteinander durch Einklipsen sicher verbinden.
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Um der Anordnung der Kolben in der Zylindertrommel einer Axialkolbenmaschine entlang einer Kreisbahn Rechnung zu tragen, ist der Gleitschuh asymmetrisch gestaltet. Das Uförmige Verbindungsteil weist eine mittig zwischen den beiden Schenkeln verlaufende Mittellinie auf, welche auch durch den Mittelpunkt des Gelenkteils verläuft, wobei ein aussteifender Steg nur auf der radial nach außen gerichteten Seite vorgesehen ist. Zur Mittelachse der Axialkolbenmaschine hin fehlt dieser Steg und ermöglicht das Neigen der Gleitschuhe gegeneinander. Ein weiterer Gleitschuh kann infolge der asymmetrischen Ausformung der Schenkel in einer Ebene parallel zur Gleitfläche zu dem Gleitschuh verkippt werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, an dem Verbindungsteil wenigstens eine Haltevorrichtung anzuordnen, die einen die Nut des Gelenkteils auf der von der Gleitfläche abgewandten Seite begrenzenden Teil des Gelenkteils umgreift. Die Haltevorrichtung umgreift also das Gelenkteil auf der von der Lauffläche abgewandten Seite von der wiederum der kugelförmige Kopf des Kolbens in die sphärische Aufnahmeöffnung eingesetzt ist.
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Besonders einfach lässt sich der Kugelkopf des Kolbens in der sphärischen Aufnahmeöffnung halten, wenn die Haltevorrichtung zwei sich gegenüberstehende Winkelstücke umfasst, wobei jedes der Winkelstücke mit einem Schenkel des U-förmigen Verbindungsteils verbunden ist. Aufgrund der Länge der Schenkel und der beiden Winkelstücke lassen sich die beiden Gleitschuhe in Richtung der Mittellinie des U-förmigen Verbindungsteils relativ zueinander verschieben. Dieser Längenausgleich ist erforderlich, um die elliptische Bahn der Gleitschuhe auf der Lauffläche der Schrägscheibe zu ermöglichen.
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Der kleinste Abstand der beiden Winkelstücke voneinander ist dabei vorzugsweise kleiner als der doppelte Radius der sphärischen Aufnahmeöffnung. Zugkräfte werden somit von dem Kugelkopf auf die beiden Winkelstücke übertragen und über die Verbindung zwischen dem Verbindungsteil und dem Gelenkteil auf den kugelförmigen Kopf des Kolbens aufnehmenden Gleitschuh übertragen. Um den Berührungspunkt wenigstens zu einer Berührungslinie zu erweitern und so die Standfestigkeit im Betrieb zu erhöhen, ist es bevorzugt, wenn die Winkelstücke eine Krümmung auf ihrer einander zugewandten Seite aufweisen. Der Radius dieser Krümmung entspricht dem Radius der Aufnahmeöffnung und somit dem Radius der aufzunehmenden Kugel des Kolbens.
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Grundsätzlich ist es möglich, die Gleitschuhe aus einem Metall, zum Beispiel aus Messing herzustellen. Es erscheint jedoch besonders vorteilhaft, den Gleitschuh aus Kunststoff und insbesondere einteilig zu fertigen. Die Fertigung aus Kunststoff hat nicht nur produktionstechnische Vorteile, sondern ermöglicht es auch die elastischen Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs positiv zu nutzen. Insbesondere das Einklipsen der benachbarten Gleitschuhe bei der Montage wird somit leicht ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems wird in der Zeichnung detailliert dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen:
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1 einen Schnitt durch einen Kolben sowie zwei ineinander geklipste Gleitschuhe zur Fixierung des Kolbens in der Aufnahmeöffnung;
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2 einen Schnitt durch den Kolben und die beiden Gleitschuhe zum verdeutlichen der Verbindung zwischen zwei benachbarten Gleitschuhen;
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3 eine perspektivische Darstellung eines einzelnen erfindungsgemäßen Gleitschuhs;
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4 eine weitere, geschnittene Darstellung eines einzelnen erfindungsgemäßen Gleitschuhs; und
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5 eine Draufsicht auf zwei miteinander verbundene Gleitschuhe.
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Die 1 zeigt zunächst das System, welches aus mehreren Gleitschuhen und dem Kolben bei einer montierten Axialkolbenmaschine unter Verwendung des erfindungsgemäßen Gleitschuhs 1 entsteht. Der erfindungsgemäße Gleitschuh 1 wirkt mit einem zweiten Gleitschuh 2 zusammen. Beide gemeinsam sind mit einem Kolben 3 verbunden. Zur Ausbildung einer gelenkigen Verbindung mit dem Gleitschuh 1, 2 weist der Kolben 3 ein kugelförmiges Ende 4 auf.
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Zur leichteren Nachvollziehbarkeit sind die nachfolgenden Elemente teilweise in Bezug auf den ersten Gleitschuh 1 und teilweise in Bezug auf den zweiten Gleitschuh 2 dargestellt. Zur Unterscheidbarkeit werden die Elemente, die in Bezug auf den zweiten Gleitschuh 2 dargestellt sind mit gestrichenen Bezugszeichen versehen.
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Die erfindungsgemäßen Gleitschuhe 1, 2 weisen zur Aufnahme des kugelförmigen Endes 4 des Kolbens 3 ein Gelenkteil 5 auf. In dem Gelenkteil 5 ist eine Aufnahmeöffnung 6 ausgebildet. Der Radius der Aufnahmeöffnung 6 entspricht. dem Radius des kugelförmigen Endes 4 des Kolbens 3. Die Aufnahmeöffnung 6 ist so gestaltet, dass sie einer halbkugelförmigen Geometrie entspricht. In dem Gelenkteil 5 ist eine Nut 7 vorgesehen, welche mit einem Verbindungsteil 9', wie er rechts im Bezug auf den zweiten Gleitschuh 2 dargestellt ist, zusammenwirkt. Im Bereich des Gelenkteils 5 ist an dem Gleitschuh 1 eine Lauffläche 8 parallel zu der durch die Nut 7 bestimmten Ebene ausgebildet. Zum Erzeugen der Hubbewegung bei schräg gestellter Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine stützt sich der Kolben 3 über die Aufnahmeöffnung 6 und die Gleitfläche 8 an der Lauffläche der Schrägscheibe ab.
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Das Verbindungsteil 9 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet, wobei in der 1 lediglich ein erster Schenkel 10.1' des U-förmigen Verbindungsteils 9' zu erkennen ist. Das Verbindungsteil 9' greift mit seinen ersten Schenkeln 10.1' und dem nicht erkennbaren zweiten Schenkel 10.2' in die Nut des Gelenkteils des benachbarten, nicht dargestellten Gleitschuhs ein. Zur Aussteifung ist an den Gleitschuhen 1, 2 wie es in der Figur dargestellt ist eine Versteifungsrippe 11' ausgebildet, die am äußeren Rand des U-förmigen Verbindungsteils 9 entlang verläuft. Diese bildet im Bereich des offenen Endes des U-förmigen Verbindungsteils 9' eine Haltevorrichtung gemeinsam mit einer Endplatte 13.1' aus. Die Endplatte 13.1' wirkt mit der Rippe 11' zu einem Winkelstück 12.1' der Haltevorrichtung zusammen. Die genaue Geometrie wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die weiteren Figuren noch verdeutlicht.
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In 2 ist ein Schnitt durch eine hergestellte Verbindung zwischen dem ersten Gleitschuh 1 und dem zweiten Gleitschuh 2 mit Kolben dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das U-förmige Verbindungsteil 9 des ersten Gleitschuhs 1 in die Nut 7' des zweiten Gleitschuhs 2 eingreift. Dabei umfassen die beiden Winkelstücke 12.1 und 12.2 denjenigen Teil des zweiten Gleitschuhs 2, in dem die sphärische Aufnahmeöffnung 6 ausgebildet ist. Gut zu erkennen ist es, dass die Verbindung des Verbindungsteils 9 mit dem Gelenkteil 5 lediglich an einem kleinen Bereich des äußeren Umfangs des Gelenkteils 5 erfolgt.
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Die 3 zeigt noch einmal eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Gleitschuhs 1 mit dem Gelenkteil 5 und dem Verbindungsteil 9. Hier ist gut zu erkennen, dass der Gleitschuh 1 asymmetrisch aufgebaut ist, um der kreisförmigen Anordnung der Kolben 3 in der Zylindertrommel Rechnung zu tragen. Um diese mechanische Schwächung infolge der kreisförmigen Anordnung der Gleitschuhe 1 zu kompensieren ist ein zusätzlicher Aussteifungssteg 14 vorgesehen. Gut zu erkennen ist in 3, dass die Verbindung des Verbindungsteils 9 mit dem Gelenkteil 5 lediglich an einem kleinen Bereich des äußeren Umfangs des Gelenkteils 5 erfolgt. In einer Schnittebene parallel zur Gleitfläche 8 folgt die Nut 7 damit einer Kreislinie weitgehend.
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Zu beachten ist es, dass die Höhenlage der Schenkel 10.1 und 10.2 des U-förmigen Verbindungsteils 9 so bemessen ist, dass sie mit der Höhenlage der Nut 7 in Bezug auf die Gleitfläche 8 korrespondiert.
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Gut zu erkennen sind die beiden Winkelstücke 12.1. und 12.2 in der 3, die durch die Rippe 11 gemeinsam mit den Endplatten 13.1. und 13.2. gebildet werden. Dabei ist der kleinste Abstand dmin der aufeinander zugewandten Seiten der Deckplatten 13.1 und 13.2 so bemessen, dass dieser kleinste Abstand dmin kleiner ist als der Durchmesser des kugelförmigen Endes 4 des Kolbens 3 bzw. kleiner als der doppelte Radius der Aufnahmeöffnung 6. Damit wird eine Sicherung der Lage der Gleitschuhe und der Kolben zueinander erzielt. Der kugelförmige Kopf wird hintergriffen und ein Übertragen von Zugkräften zwischen Kolben und den Gleitschuhen ermöglicht.
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Die 4 zeigt noch einmal einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh 1. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Höhenlage des U-förmigen Verbindungsteils 9 mit der Höhenlage der Nut 7 korrespondiert. Ebenso ist die Dicke t der Schenkel 10.1, 10.2 des U-förmigen Verbindungsteils 9 nahezu gleichgroß wie die Breite der Nut 7. Eine gute Führung bei gleichzeitig geringer Reibung sind so gewährleistet. Ferner ist zu erkennen, dass die aufeinander zugewandten Begrenzungsflächen der Endplatten 13.1 und 13.2 in Richtung der Mittellinie des U-förmigen Verbindungsteils 9 aufeinander zuweisen. Sie sind gekrümmt ausgeführt, wobei ihr Radius dem Radius der Aufnahmeöffnung 6 entspricht. Auf diese Weise wird eine Berührungslinie zwischen den Winkelstücken 12.1 und 12.2 und dem Kugelkopf 4 erreicht.
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Ferner ist zu beachten, dass der Abstand zwischen den Schenkelenden 10.1 und 10.2 am offenen Ende des U-förmigen Verbindungsteils 9 kleiner ist als der Durchmesser der kreisförmigen Linie entlang derer sich die Nut 7 erstreckt. Damit umgreift das Verbindungsteil 9 die Nut 7 des benachbarten Gleitschuhs und es entsteht eine relativ sichere Verbindung. Durch den in der Figur zu erkennenden geraden Abschnitt des Schenkels 10.1 und 10.2 ergibt sich die Möglichkeit, einen Längenausgleich in Abhängigkeit von dem jeweiligen Neigungswinkel der Gleitfläche bei Betrieb der Axialkolbenmaschine zu schaffen. Die Innenflächen des durch die beiden Schenkel 10.1 und 10.2 ausgebildeten Langlochs besteht damit zunächst aus einem gekrümmten Flächenabschnitt 17.1. Die Krümmung des gekrümmten Flächenabschnitts 17.1 ist gleich der Krümmung der Fläche im Grund der Nut 7. Vorzugsweise überstreicht die Flächennormale des gekrümmten Flächenabschnitts 17.1 einen Radius von 180°. An den gekrümmten Flächenabschnitt 17.1 schließt sich ein ebener Flächenabschnitt 18.1 an. Dieser Flächenabschnitt 18.1 ist parallel zu dem entsprechenden ebenen Flächenabschnitt 18.2 am Schenkel 10.2. Die ebenen Flächenabschnitte 18.1 und 18.2 ermöglichen eine Längsbewegung des Gelenkteils 5' eines weiteren Gleitschuhs 2 relativ zu dem Gleitschuh 1 in Abhängigkeit von dem jeweiligen Neigungswinkel der Gleitfläche 8.
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Die Innenfläche des in 4 dargestellten Schenkels 10.1 wird durch eine Rastnase 19.1 abgeschlossen. Die Rastnase 19.1 ist so ausgebildet, dass der Abstand zwischen der Rastnase 19.1 des Schenkels 10.1 und einer gegenüberliegenden Rastnase 19.2 des Schenkels 10.2 geringer als der Durchmesser parallel zur Gleitfläche 8 des Gelenkteils 5, gemessen über die Nut 7, ist. Damit sichern die Rastnasen 19.1 und 19.2 das Gelenkteil 5' und das Verbindungsteil 9 im eingeklipsten Zustand vor Auseinanderfallen.
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5 zeigt eine Draufsicht auf zwei miteinander verbundene Gleitschuhe 1, 2 in einer Ebene parallel zur Gleitfläche 8. Die Ansicht zeigt, dass die Verbindung des Verbindungsteils 9 mit dem Gelenkteil 5 lediglich an einem kleinen Bereich des äußeren Umfangs des Gelenkteils 5 erfolgt. In einer Schnittebene parallel zur Gleitfläche 8 folgt die Nut 7 damit einer Kreislinie weitgehend. Gut zu erkennen ist, dass der erfindungsgemäße Gleitschuh weitgehend symmetrisch bezüglich einer Fläche 20 ist, die durch die Mittelachse verläuft und senkrecht zu der Gleitfläche 8 steht. Die Mittelachse ist dabei durch den Mittelpunkt des Gelenkteils 5 und die mittig zwischen den Schenkeln 10.1, 10.2 verlaufende Linie gebildet. Die weitgehende Symmetrie wird durch den Aussteifungssteg 14 eingeschränkt, der die mechanische Belastung aufgrund der in der Figur gezeigten, gekrümmten Anordnung der Mehrzahl von Gleitschuhen 1 aufnimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008038767 A1 [0003]
- DE 10300070 A1 [0003]
