DE102013215866A1

DE102013215866A1 - Bauteil für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine und damit ausgestattete hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102013215866A1
Application number: DE201310215866
Authority: DE
Inventors: Martin Zug
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2013-08-12
Publication date: 2015-02-12

Abstract

Offenbart ist ein Bauteil für eine Axialkolbenmaschine, mit wenigstens einer an einer Plattenfläche angeordneten und diese in axialer Richtung durchdringenden Steueröffnung. Die Steueröffnung weist eine quer zu der axialen Richtung verlaufende, in sich geschlossene und nierenförmig ausgebildete Kontur auf, die in ihrer Querrichtung mittels einer ersten und einer zweiten Längsseite und in ihrer Längsrichtung mittels einer ersten und einer zweiten Schmalseite begrenzt ist. Dabei verlaufen die erste und die zweite Längsseite wenigstens abschnittsweise parallel zu einer Längsachse der nierenförmigen Kontur. Weiter weisen die erste und die zweite Schmalseite eine geometrische Innenkurve und eine geometrische Außenkurve auf, die die erste und die zweite Längsseite miteinander verbinden. Erfindungsgemäß weist wenigstens eine der Schmalseiten eine von einer Vollrundung abweichende Kontur auf, wobei die Innenkurve und/oder die Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite mit einer hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der Bauteil spannungsoptimierten Kurvengeometrie ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Axialkolbenmaschine mit einem solchen Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Aus der DE 102 51 552 B3 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt, bei der in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel Kolben verschiebbar angeordnet sind, die bei jeder Umdrehung der Zylindertrommel eine Hubbewegung durchführen. Im Betrieb sind die Zylinderbohrungen der Zylindertrommel abwechselnd mit einem Hochdruckanschluss und mit einem Niederdruckanschluss zu verbinden, die in einer Anschlussplatte ausgebildet sind. Hierfür weist die Zylindertrommel an der der Anschlussplatte zugekehrten Seite schlitzförmige, nierenförmige Durchgangsöffnungen auf, mit denen die Zylinderbohrungen mit ebenfalls nierenförmig ausgebildeten Anschlussöffnungen in der Anschlussplatte verbunden werden können. An sich könnte die sich drehende Zylindertrommel direkt an der gehäusefesten Anschlussplatte anliegen. Um eine gute Gleitpaarung für die Zylindertrommel zu erhalten, ist zwischen die Zylindertrommel und die Anschlussplatte eine bezüglich der Anschlussplatte drehfeste Steuerplatte in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine eingesetzt. Eine solche Steuerplatte weist wenigstens eine Steueröffnung mit einer nierenförmigen Kontur für eine fluidische Verbindung mit dem Hochdruckanschluss sowie eine Steueröffnung mit einer nierenförmigen Kontur für eine fluidische Verbindung mit dem Niederdruckanschluss auf.
Die Steueröffnung der Steuerplatte, die zur Verbindung mit dem Hochdruckanschluss vorgesehen ist, kann sich aus mehreren schlitzförmigen Einzelsteueröffnungen zusammensetzen, zwischen denen sich Materialstege befinden, damit die Steuerplatte den durch den in der Steueröffnung anstehenden druck erzeugten Kräften standhält und nicht reißt. Bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, bei der Hochdruckanschluss und Niederdruckanschluss wechseln können, können sich beide Steueröffnungen der Steuerplatte aus Einzelsteueröffnungen zusammensetzen. Hierfür weist die Zylindertrommel in Richtung der Steuerplatte schlitzförmige Anschlussöffnungen auf, mit denen die Zylinderbohrungen mit den Steueröffnungen der Steuerplatte verbunden werden können.
Es können also die Durchgangsöffnungen in der Zylindertrommel, die Steueröffnungen in der Steuerplatte und die Anschlussöffnungen in der Anschlussplatte nierenförmig sein. Unter nierenförmig wird dabei verstanden, dass eine radial innere Begrenzung und eine radial äußere Begrenzung einer Steueröffnung im Wesentlichen auf zwei Kreisbögen verlaufen, die verschiedene Radien, aber denselben Mittelpunkt haben. Im weitesten Sinne wird dabei insbesondere für schlitzförmige Einzelsteueröffnungen in der Steuerplatte und für schlitzförmige Durchgangsöffnungen in der Zylindertrommel unter nierenförmig auch verstanden, dass die schlitze tangential zu einer Mittelachse der Zylindertrommel, der Steuerplatte oder der Anschlussplatte verlaufen.
Wie aus der DE 102 51 551 A1 oder auch aus der DE 10 2007 024 174 A1 ersichtlich, haben Steueröffnungen beziehungsweise Einzelsteueröffnungen in der Steuerplatte über eine gewisse Wegstrecke in Umfangsrichtung eine konstante Breite und enden in einem Kreisbogen von 180 Grad mit einem Radius, der gleich der halben konstanten Breite ist. Die Steueröffnungen enden also in einer Vollrundung. Die Durchgangsöffnungen in der Zylindertrommel und die Anschlussöffnungen in der Anschlussplatte haben üblicherweise die gleiche Kontur
Die druckbeaufschlagten Nierengeometrien in hydraulischen Bauteilen, wie beispielsweise einer Zylindertrommel, einer Steuerplatte oder Anschlussplatte einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, werden im Betrieb einer solchen Axialkolbenmaschine mechanisch stark beansprucht, so dass mechanische Spannungen im Material auftreten. Deshalb ist die mit Hochdruck beaufschlagte Steueröffnung einer Steuerplatte wie schon dargelegt auch aus einzelnen, durch Materialstege voneinander getrennten Steueröffnungen zusammengesetzt. Insbesondere am Übergang in die Vollrundungen treten hohe Materialspannungen auf, die insbesondere an Stellen, die Zugbeanspruchungen ausgesetzt sind, die Gefahr von Rissbildung und Ausfall des Bauteils mit sich bringen. Bei der aus der DE 102 51 552 B3 bekannten Steuerplatte hat man dieses Problem dadurch zu beheben versucht, dass man die Steuerplatte in einem Bereich radial außerhalb der Steueröffnung, die mit Hochdruck beaufschlagt ist, verstärkt hat.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Bauteil für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die mechanische Beanspruchung des Bauteils im Hinblick auf Rissbildung reduziert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Bauteil für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Axialkolbenmaschine hat wenigstens eine an einer Bauteilfläche mündende Steueröffnung, die eine in sich geschlossene und nierenförmig ausgebildete Kontur aufweist, die mittels einer ersten Längsseite und einer zweiten Längsseite und mittels einer ersten Schmalseite und einer zweiten Schmalseite begrenzt ist. Die erste Längsseite und die zweite Längsseite verlaufen wenigstens abschnittsweise parallel zu einer kreisbogenförmigen oder tangentialen Längsachse der nierenförmigen Kontur. Die erste Schmalseite und die zweite Schmalseite eine geometrische Innenkurve und eine geometrische Außenkurve auf. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 weist wenigstens eine der Schmalseiten eine von einem die beiden Längsseiten miteinander verbindenden Kreisbogen einer Vollrundung abweichende Kontur aufweist, wobei die Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite mit einem hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung des Bauteils spannungsoptimierten, innerhalb der Vollrundung liegenden Konturabschnitt ausgebildet sind.
Unter dem Begriff „Kontur“ sind der Umriss beziehungsweise die Umrisslinie der Steueröffnung zu verstehen, wobei im Rahmen der vorliegenden Anmeldung von einer Draufsicht auf eine Plattenfläche des Bauteils entlang einer Triebwelle der Axialkolbenmaschine ausgegangen wird. Des Weiteren ist unter dem Begriff „Kurve“ eine nicht geradlinig verlaufende Linie zu verstehen. Eine „Vollrundung“ der Schmalseite ist dadurch definiert, dass die Schmalseite durch eine die erste Längsseite und die zweite Längsseite miteinander verbindende und im Wesentlichen halbkreisförmig ausgebildete Kurve ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des Halbkreises im Wesentlichen dem Durchmesser der nierenförmigen Kontur, das heißt dem Abstand zwischen der ersten Längsseite und der zweiten Längsseite derselben, entspricht. Bei einer Vollrundung weisen die Innenkurve und die Außenkurve der Schmalseite zudem den gleichen Radius auf. Eine „spannungsoptimierte Kurvenform“ bedeutet, dass die an dem Bauteil, insbesondere im Bereich der nierenförmigen Kontur, in Form von Druck- und/oder Zugspannung auftretende Spannungsbelastung beziehungsweise Kerbspannung gegenüber einer herkömmlich in Form einer Vollrundung ausgebildeten Schmalseite hinsichtlich der dort auftretenden mechanischen Beanspruchung reduziert, das heißt optimiert, ist. Unter Außenkurve wird der Teil einer Schmalseite verstanden, in dem ein vom Inneren der Öffnung auf die Kontur gerichteter Pfeil eine Komponente nach radial außen oder in Umfangsrichtung hat. Unter Innenkurve wird der Teil einer Schmalseite verstanden, in dem ein vom Inneren der Öffnung auf die Kontur gerichteter Pfeil eine Komponente nach radial innen oder in Umfangsrichtung hat.
Das erfindungsgemäße Bauteil für eine Axialkolbenmaschine bietet hinsichtlich seiner konstruktiven Ausgestaltung den Vorteil, dass durch die spannungsoptimierte Kurvenform der wenigstens einen Schmalseite, Materialien mit vergleichsweise geringerer Festigkeit eingesetzt werden können, die sich beispielsweise durch vergleichsweise einfachere Bearbeitbarkeit und geringere Herstellungskosten auszeichnen. Hinsichtlich der Funktion der Axialkolbenmaschine kann die spannungsoptimiert ausgebildete Kurvenform der wenigstens einen Schmalseite zudem bewirken, dass die Axialkolbenmaschine mit einem vergleichsweise höheren Hydraulikdruck betrieben werden kann, da zumindest bei gleichem Materialeinsatz die Spannungsfestigkeit im Bereich der Steueröffnung erhöht ist. Das heißt, dass das erfindungsgemäße Bauteil die Materialausnutzung verbessert. Weiterhin ist es aufgrund der erhöhten Spannungsfestigkeit möglich, bei wechselnden Drehrichtungen der Axialkolbenmaschine das Saugvermögen zu verbessern, da zwischen zwei Steueröffnungen angeordnete Trennungsstege verkürzt werden können.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Kurvengeometrien der Innenkurve und der Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite bezüglich der Längsachse der nierenförmigen Kontur asymmetrisch ausgebildet sein. Die bezüglich der Längsache der nierenförmigen Kontur asymmetrische Ausbildung der wenigstens einen Schmalseite bietet den Vorteil, dass die jeweilige Kurvengeometrie der Innenkurve und der Außenkurve entsprechend der mechanischen Beanspruchung des Bauteils ausgestaltet sind. Beispielsweise können bei einer an einer kreisrunden Plattenfläche angeordneten Steueröffnung mit nierenförmiger Kontur im Bereich der Innenkurve Druckspannungen und im Bereich der Außenkurve Zugspannungen auftreten, wobei die Zugspannungen hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der Bauteil kritischer sind, als die Druckspannungen. Die erfindungsgemäß asymmetrische Ausgestaltung der Kurvengeometrien der Innenkurve und der Außenkurve ermöglicht daher eine geometrische beziehungsweise konstruktive Anpassung der wenigstens einen Schmalseite an die tatsächlich auftretenden Spannungsverhältnisse. Dabei können die Kurvengeometrien entsprechend den auftretenden beziehungsweise zu erwartenden Spannungsverhältnissen frei gewählt werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils sieht vor, dass der spannungsoptimierte Konturabschnitt der geometrischen Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite innerhalb der Vollrundung liegt. Insbesondere kann der spannungsoptimierte Konturabschnitt ein Kreisbogen sein.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Bauteils sieht vor, dass ein Konturabschnitt der geometrischen Innenkurve der wenigstens einen Schmalseite außerhalb der Vollrundung liegt. Der Konturabschnitt kann ebenfalls ein Kreisbogen sein.
Beispielsweise kann ein Rundungsradius der Außenkurve gegenüber dem Rundungsradius der Innenkurve vergrößert sein, um deren Ausgestaltung an die im Bereich der Außenkurve auftretenden Zugspannungen anzupassen. In anderen Worten, können die jeweils als Verrundung ausgebildete Innenkurve und Außenkurve voneinander verschiedene Radien aufweisen, die in Abhängigkeit der im Bereich der wenigstens einen Schmalseite der Steueröffnung auftretenden Spannungsverhältnisse frei festgelegt werden können. Aufgrund der im Bereich der Außenkurve auftretenden Zugspannungen, die für die Bauteilbeanspruchung besonders kritisch sind, kann es vorteilhaft sein, wenn der Radius der Außenkurve größer ist als der Radius der Innenkurve, da die im Bereich der Innenkurve auftretende Druckspannung weniger kritisch ist. Dadurch ist eine noch bessere Materialausnutzung möglich.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die spannungsoptimierte Kurvenform der Innenkurve und/oder der Außenkurve bionisch ausgebildet.
Eine bionische Kontur bedeutet, dass die Kontur in Anlehnung an in der Natur vorkommenden Prinzipien gestaltet ist und eine auf die technische Anwendung übertragene Geometrie aufweist, die vorteilhafterweise eine Spannungsoptimierung im Bereich der Steueröffnung des Bauteils bewirkt. Es wird hierzu insbesondere auf Veröffentlichungen von Professor Claus Mattheck verwiesen, zum Beispiel auf das Buch „Warum alles kaputtgeht“.
Um eine möglichst einfach zu konstruierende, spannungsoptimierte Kurvenform der Innenkurve und/oder der Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite zu erreichen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Kurvenform nach der Methode der Zugdreiecke auszubilden. Diese grafische Methode zur konstruktiven Spannungsoptimierung ist beispielsweise aus den Forschungsergebnissen von Herrn Prof. Dr. Claus Mattheck bekannt und hat sich für die erfindungsgemäße Bauteil als besonders vorteilhaft erwiesen, da sie konstruktiv einfach zu gestalten ist und sich darüber hinaus durch ein besonders spannungsoptimiertes Verhalten auszeichnet. Dabei ist die zu wählende Anzahl von Zugdreiecken abhängig von der Ausführungsform und/oder den Betriebsparametern der Axialkolbenmaschine, mit der das erfindungsgemäße Bauteil eingesetzt wird, da diese die an der Steueröffnung des Bauteils auftretenden Spannungen beeinflussen. Die nach der Methode der Zugdreiecke ausgebildete Kurvenform kann beispielsweise mithilfe einer CAD-Software konstruiert werden.
Beispielsweise kann die Kurvengeometrie der Außenkurve nach der Methode der Zugdreiecke ausgestaltet sein, während für die Innenkurve eine andere, geeignete Kurvengeometrie, zum Beispiel ein Kreisbogen gewählt wird. Dies bewirkt eine noch bessere Spannungsoptimierung der wenigstens einen Schmalseite, so dass sich das erfindungsgemäße Bauteil durch eine besonders vorteilhafte Materialausnutzung und eine geringe mechanische Belastung auszeichnet.
Das erfindungsgemäße Bauteil kann an seiner Plattenfläche auch mehrere, das heißt eine Vielzahl, von Steueröffnungen aufweisen, die jeweils eine nierenförmige Kontur aufweisen und die durch jeweils einen Trennsteg voneinander getrennt sind. Beispielsweise kann das Bauteil mehrere benachbart zueinander angeordnete Steueröffnungen aufweisen, die jeweils konzentrisch zum Mittelpunkt der Bauteil angeordnet sind.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bauteil eine Steuerplatte oder eine Anschlussplatte oder eine Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine ist, da diese Bauteile während des Betriebs der Axialkolbenmaschine mechanisch besonders stark belastet werden.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Bauteils anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
1 eine schematisiert dargestellte Axialkolbenmaschine mit erfindungsgemäßen Bauteilen in einem Längsschnitt,
2 die Axialkolbenmaschine aus 1 in einem Teillängsschnitt senkrecht zu dem Schnitt nach 1,
3 eine Steuerplatte mit mehreren erfindungsgemäßen nierenförmig konturierten Steueröffnungen in einer Draufsicht und
4 eine vergrößerte Darstellung einer nierenförmig konturierten Steueröffnung gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Draufsicht.
Gleiche oder ähnliche Komponenten sind in den Figuren durchgängig mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 und 2 zeigen jeweils in einem Längsschnitt eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise mit erfindungsgemäßen Bauteilen. Die Axialkolbenmaschine 1 verfügt über ein Gehäuse 2 mit einem topfförmigen Gehäuseteil 4 und mit einer Anschlussplatte 6, die das topfförmige Gehäuseteil 4 wie ein Deckel verschließt. Die Anschlussplatte 6 weist eine in dem Schnitt nach 2 ersichtlichen, erfindungsgemäß ausgebildeten nierenförmige Anschlussöffnung 8, die im Betrieb mit Hochdruck beaufschlagt wird, und eine in dem Schnitt nach 2 ersichtlichen ersichtliche Anschlussöffnung 10 auf, in der im Betrieb Niederdruck oder Tankdruck herrscht. Im Gehäuse 2 ist eine Triebwelle 12 drehbar gelagert, die mit einer Zylindertrommel 14 drehfest verbunden ist. In der Zylindertrommel 14 sind auf einem Teilkreis in Umfangsrichtung versetzt Zylinderbohrungen 16 ausgebildet, in denen jeweils ein Kolben 18 axial verschiebbar angeordnet ist. Ein jeweiliger Kolben 18 ist über eine Kugelgelenkverbindung 20 mit einem Gleitschuh 22 verbunden und stützt sich über diesen an einer verschwenkbaren Schwenkwiege 24 ab. Gemäß 1 ist die Schwenkwiege 24 in ihrem maximal verschwenkt Zustand gezeigt, in dem ein maximales Schluck- oder Fördervolumen eingestellt ist.
Zur Verschwenkung der Schwenkwiege 24 ist eine Verstellvorrichtung 26 vorgesehen, die in einer seitlich der Zylindertrommel 14 ausgebildeten Aufnahmebohrung 28 des Gehäuseabschnitts 4 des Gehäuses 2 aufgenommen ist. Dabei gibt ein mittels der Verstellvorrichtung 26 veränderlicher Schwenkwinkel der Schwenkwiege 24 einen Hub der Kolben 18 innerhalb der Zylinderbohrungen 16 vor. Für eine fluidische Verbindung der Zylinderbohrungen 16 mit der Anschlussöffnung 8 und der Anschluss 10 weist die Zylindertrommel 14 in einer Bodenfläche der Zylinderbohrungen 16 jeweils eine erfindungsgemäß ausgebildete Durchgangsöffnung 30 auf.
Des Weiteren nimmt das Gehäuse 2 der Axialkolbenmaschine 1 eine Steuerplatte 32 auf, die zwischen der Anschlussplatte 6 und an einer Stirnseite der Zylindertrommel 14 angeordnet ist. Durch eine Feder 34 werden die Zylindertrommel 14 an die Steuerplatte 32 und die Steuerplatte 32 and die Anschlussplatte 6 gedrückt. Die Steuerplatte 32 dient der fluidischen Verbindung der Durchgangsöffnungen 30 der Zylinderbohrungen 12 mit den Anschlussöffnungen 8, 10 der Anschlussplatte 6.
Anhand der 2, die einen Ausschnitt der Axialkolbenmaschine 1 aus 1 zeigt, ist das Zusammenwirken der Durchgangsöffnungen 30 der Zylinderbohrungen 12 mit den Steueröffnungen 36 und 38 der Steuerplatte 32 und der Anschlussöffnung 8 und der Anschlussöffnung 10 der Anschlussplatte 6 erkennbar. Die Steueröffnung 36 der Steuerplatte 32 ist mit ihrer von der Zylindertrommel 14 abgewandten Mündung zu der Anschlussöffnung 8 und die Steueröffnung 38 der Steuerplatte 32 ist mit ihrer von der Zylindertrommel 14 abgewandten Mündung zu der Anschlussöffnung 10 der Anschlussplatte 6 hin offen. Bei einer Rotation der Zylindertrommel 14 überstreichen die Durchgangsöffnungen 30 der Zylindertrommel 14 die Steuerplatte 32, so dass die Durchgangsöffnungen 30 während einer Umdrehung der Zylindertrommel 14 mit der Anschlussöffnung 8 oder der Anschlussöffnung 10 der Anschlussplatte 6 fluidisch verbunden werden.
Anhand von 3, die ein als Steuerplatte 32 ausgebildetes, erfindungsgemäße Bauteil in einer Draufsicht zeigt, soll im Folgenden beispielhaft die Form der Durchflussöffnungen in einem erfindungsgemäßen Bauteil erläutert werden.
In 3 ist gut zu erkennen, dass die Steuerplatte 32 im Wesentlichen kreisrund ausgebildet ist. Die Steuerplatte 32 ist aus einem geeigneten Metall gegossen oder gestanzt und weist eine Plattenfläche 40 mit einer zentralen Durchgangsöffnung 42 auf, die dem Durchgang der Triebwelle 12 und der Zentrierung der Steuerplatte 32 an einem Außenring innerhalb des Gehäuses 2 der Axialkolbenmaschine 1 dient. Und zwar ist die Steuerplatte 32 mittels der Durchgangsöffnung 42 an dem Außenring eines in die Anschlussplatte eingesetzten Wälzlagers zentriert und mittels eines aus 1 ersichtlichen Stiftes 33 gegen ein Verdrehen innerhalb des Gehäuses gesichert.
Auf der Plattenfläche 40 der Steuerplatte 32 sind eine Vielzahl von Einzelsteueröffnungen 36a bis 36e als Hochdruck-Steueröffnung 36 angeordnet, die jeweils durch Trennstege 44 voneinander getrennt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind genau fünf Einzelsteueröffnungen 36a bis 36e für die Hochdruck-Steueröffnung vorgesehen. Die Einzelsteueröffnungen durchdringen die Steuerplatte 32 in axialer Richtung. Wie in 3 gezeigt, ist auf der Plattenfläche 40 der Steuerplatte 32 eine zweite Steueröffnung 38 als Niederdruck-Steueröffnung angeordnet, die nicht unterteilt ist. In 3 ist gut zu erkennen, dass die Einzelsteueröffnungen eine im Wesentlichen nierenförmige Kontur 46 aufweisen, die einer Längsachse 48 folgt und sich in Umfangsrichtung der Steuerplatte 32 erstreckt. Dabei ist die Längsachse 48 auch ein zum Mittelpunkt der Steuerplatte 32 konzentrisch verlaufender Kreisring, auf dem die Steueröffnungen 36 und 38 der Steuerplatte 32 angeordnet sind.
Die nierenförmige Kontur 46 der Steueröffnungen 36 ist in radialer Richtung mittels einer ersten Längsseite 50 und einer zweiten Längsseite 52 begrenzt, die abschnittsweise parallel zu der Längsachse 48 verlaufen. In ihrer Längsrichtung ist die nierenförmige Kontur 46 mittels einer ersten Schmalseite 54 und einer zweiten Schmalseite 56 begrenzt, die jeweils eine geometrische Innenkurve 58, 60 und eine geometrische Außenkurve 62, 64 aufweisen. Die Innenkurven 58, 60 und die Außenkurven 62, 64 verbinden also jeweils die erste und die zweite Längsseite 50, 52 miteinander, so dass die nierenförmige Kontur 46 in sich geschlossen ist.
In 3 ist jeweils mit einer gepunkteten Linie 66, 68 eine von herkömmlichen Steuerplatten bekannte Kurvengeometrie der ersten und der zweiten Schmalseite 54, 56 eingezeichnet. Diese herkömmlichen Kurvengeometrien 66, 68 weisen einen die beiden Längsseiten verbindenden Kreisbogen, eine sogenannte Vollrundung auf, die im Hinblick auf eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Steuerplatte 32 im Bereich der Steueröffnungen 36, 38 erfindungsgemäß abgeändert ist.
Die erfindungsgemäß ausgebildete nierenförmige Kontur 46 der Steuerplatte 32 weist an den Schmalseiten 54, 56 eine von einer Vollrundung abweichende Geometrie auf, die hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung der Steuerplatte 32 spannungsoptimiert ist. Dies ergibt sich durch die geometrische Ausgestaltung der geometrischen Innenkurve 58, 60 und der geometrischen Außenkurve 62, 64. In dem Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 sind die Innenkurven 58, 60 in Form einer Verrundung mit einem vergleichsweise kleinen Rundungsradius r1 und die Außenkurve 62, 64 in Form einer Verrundung mit einem vergleichsweise großen Rundungsradius r2 ausgebildet, so dass die Innenkurve 58, 60 und die Außenkurve 62, 64 asymmetrisch zur Längsachse 48 ausgebildet sind. Die Außenkurve verläuft dabei mit einem Kreisbogen über die Längsachse in der Mitte einer Steueröffnung hinaus bis in einen Bereich radial innerhalb der Längsachse, geht dann in einen geraden Abschnitt über, an den sich ein Kreisbogen der Innenkurve anschließt. Den geraden Abschnitt kann man dabei als Abschnitt der Außenkurve oder auch als Abschnitt der Innenkurve ansehen. Da die nierenförmige Kontur 46 der Steueröffnungen 36 in sich gekrümmt ist, treten im Bereich der Innenkurve 58, 60 im Wesentlichen Druckspannungen auf, die für die mechanische Beanspruchung der Steuerplatte 32 unkritisch sind, so dass dort ein vergleichsweise kleiner Rundungsradius vorgesehen werden kann. Im Bereich der Außenkurve 62, 64 treten allerdings meist Zugspannungen auf, die die Steuerplatte 32 mechanisch stark beanspruchen und bei einer herkömmlichen Vollrundung einer nierenförmigen Kontur zu einem Bauteilversagen in diesem Bereich führen können. Deshalb weist die erfindungsgemäße Außenkurve 62, 64 einen vergleichsweise großen Rundungsradius auf.
Die Steueröffnung 38 der Steuerplatte 32 ist mittels Trennflächen 70, 72 von der Steueröffnung 36 getrennt. Die Steueröffnung 38 weist eine nierenförmige Kontur 74 auf, die hinsichtlich ihrer geometrischen Ausgestaltung identisch ist zu der nierenförmigen Kontur 46 der Steueröffnung 36. Insbesondere ist die nierenförmige Kontur 74 in ihrer Querrichtung mittels Längsseiten 76 und 78 und in ihrer Längsrichtung mittels Schmalseiten 80 und 82 begrenzt. Die Schmalseiten 80, 82 weisen ebenfalls jeweils eine geometrische Innenkurve 84 und 86 und eine geometrische Außenkurve 88 und 90 auf, die hinsichtlich der Längsachse 48 asymmetrisch ausgebildet sind. Die Außenkurve 88, 90 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Verrundung ausgebildet und weist einen gegenüber einer Vollrundung der Schmalseiten 80, 82, die wie oben ebenfalls als gepunktete Linie 66, 68 dargestellt ist, vergrößerten Rundungsradius r1 auf. Die Innenkurve 84, 86 ist in Form einer Verrundung ausgebildet und weist einen gegenüber einer Vollrundung verkleinerten Rundungsradius r2 auf.
In 4, die in einer vergrößerten Darstellung eine Schmalseite 54 der nierenförmigen Kontur 46 zeigt, ist gut die asymmetrische Ausbildung der Innenkurve 58 im Bezug zur der Außenkurve 62 hinsichtlich der Längsachse 48 zu erkennen.
Ausgehend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 beziehungsweise die erfindungsgemäße Bauteil in vielfacher Hinsicht abgewandelt werden.
Die Innenkurve 58, 60 und/oder die Außenkurve 62, 64 können auch andere, spannungsoptimierte Kurvengeometrien aufweisen, die von einer Vollrundung abweichen und sich gegenüber der Vollrundung durch eine vergleichsweise niedrige mechanische Beanspruchung der Bauteil auszeichnen. So kann zum Beispiel die Außenkontur eine bionische Form haben, die von der einen Längsseite bis zu Längsachse 48 oder auch darüber hinaus reicht und der unmittelbar oder nach einem geraden Abschnitt, der senkrecht zur Längsachse 48 verläuft, ein Kreisbogen der Innenkontur folgt.
Außer den Steueröffnungen in einer Steuerplatte können auch die Anschlussöffnungen 8 und 10 der Anschlussplatte 6 und die Durchgangsöffnungen 30 in der Zylindertrommel 14 der Axialkolbenmaschine 1 in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet sein.
Wenn an einem erfindungsgemäßen Bauteil Umsteuerkerben vorgesehen sind, sind diese vorteilhafterweise in dem Bereich der Innenkurve 58, 60 angeordnet, da die dort auftretenden mechanischen Spannungen aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Kurvengeometrien der Innenkurve 58, 60 und/oder der Außenkurve 62, 64 vergleichsweise gering sind.
Offenbart ist ein Bauteil für eine Axialkolbenmaschine, mit wenigstens einer an einer Plattenfläche angeordneten und diese in axialer Richtung durchdringenden Steueröffnung. Die Steueröffnung weist eine quer zu der axialen Richtung verlaufende, in sich geschlossene und nierenförmig ausgebildete Kontur auf, die in ihrer Querrichtung mittels einer ersten Längsseite und einer zweiten Längsseite und in ihrer Längsrichtung mittels einer ersten Schmalseite und einer zweiten Schmalseite begrenzt ist. Dabei verlaufen die erste Längsseite und die zweite Längsseite wenigstens abschnittsweise parallel zu einer Längsachse der nierenförmigen Kontur. Weiter weisen die erste Schmalseite und die zweite Schmalseite eine geometrische Innenkurve und eine geometrische Außenkurve auf, die die erste und die zweite Längsseite miteinander verbinden. Erfindungsgemäß weist wenigstens eine der Schmalseiten eine von einem die beiden Längsseiten miteinander verbindenden Kreisbogen einer Vollrundung abweichende Kontur aufweist, wobei die Außenkurve der wenigstens einen Schmalseite mit einem hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung des Bauteils spannungsoptimierten, innerhalb der Vollrundung liegenden Konturabschnitt ausgebildet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10251552 B3 [0002, 0006]
DE 10251551 A1 [0005]
DE 102007024174 A1 [0005]

Claims

Bauteil für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine (1), mit wenigstens einer an einer Bauteilfläche (40) mündenden Steueröffnung (36, 38), die eine in sich geschlossene und nierenförmig ausgebildete Kontur (46, 74) aufweist, die mittels einer ersten Längsseite (50; 76) und einer zweiten Längsseite (52; 78) und mittels einer ersten Schmalseite (54; 80) und einer zweiten Schmalseite (56; 82) begrenzt ist, wobei die erste Längsseite (50; 76) und die zweite Längsseite (52; 78) wenigstens abschnittsweise parallel zu einer kreisbogenförmigen Längsachse (48) der nierenförmigen Kontur (46) verlaufen und die erste Schmalseite (54; 80) und die zweite Schmalseite (56; 82) eine geometrische Innenkurve (58, 60, 84, 86) und eine geometrische Außenkurve (62, 64, 88, 90) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Schmalseiten (54, 56, 80, 82) eine von einem die beiden Längsseiten miteinander verbindenden Kreisbogen einer Vollrundung (66, 68) abweichende Kontur aufweist, wobei die Außenkurve (62, 64, 88, 90) der wenigstens einen Schmalseite (54, 56, 80, 82) mit einem hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung des Bauteils (6, 14, 32) spannungsoptimierten, innerhalb der Vollrundung liegenden Konturabschnitt ausgebildet sind.
Bauteil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvengeometrien der Innenkurve (58, 60, 84, 86) und der Außenkurve (62, 64, 88, 90) der wenigstens einen Schmalseite (54, 56, 80, 82) bezüglich der Längsachse (48) der nierenförmigen Kontur (46, 74) asymmetrisch ausgebildet sind.
Bauteil nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsoptimierte Konturabschnitt der geometrischen Außenkurve (62, 64, 88, 90) der wenigstens einen Schmalseite (54, 56, 80, 82) innerhalb der Vollrundung liegt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Konturabschnitt der geometrische Innenkurve (58, 60, 84, 86) der wenigstens einen Schmalseite (54, 56, 80, 82) außerhalb der Vollrundung liegt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsoptimierte Konturabschnitt der Außenkurve (62, 64, 88, 90) bionisch ausgebildet ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der spannungsoptimierte Konturabschnitt der Außenkurve (62, 64, 88, 90) nach der Methode der Zugdreiecke ausgebildet ist.
Bauteil nach Patentanspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Konturabschnitt in Form eines Kreisbogens ausgebildet ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gussteil ist.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteilfläche (40) eine Vielzahl von Steueröffnungen (36a bis 36e) mit jeweils einer nierenförmigen Kontur (46, 74) und für gleichartige Druckbeaufschlagung aufweist, wobei zwischen den Steueröffnungen (36a bis 36e) Trennstege (44) vorgesehen sind.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuerplatte (32) oder eine Anschlussplatte (6) oder eine Zylindertrommel (14) der Axialkolbenmaschine (1) ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine (1) mit einem Bauteil (6, 14, 32) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche.