DE102018205010A1

DE102018205010A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102018205010A1
Application number: DE102018205010.4A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hoppe; Timo Nafz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2019-10-10
Also published as: CN110345034B; CN110345034A; US10760554B2; US20190309738A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper, in den um eine Mittelachse herum Zylinderbohrungen eingebracht sind, und Laufbuchsen aufweist, die mit einem Passungsaußendurchmesser in die Zylinderbohrungen eingepresst sind und die sich mit einer äußeren Stirnseite im Bereich einer Mündung der Zylinderbohrungen und mit einer inneren Stirnseite tief in den Zylinderbohrungen befinden. Jede Laufbuchse weist in ihrer von der äußeren Stirnseite ausgehenden, äußeren Hälfte in ihrer Außenmantelfläche einen axial begrenzten, umlaufenden Ausnehmungsbereich auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche hydrostatische Axialkolbenmaschine so weiterzuentwickeln, dass deren Einsatzmöglichkeiten hin zu Anwendungsfällen mit großen zwischen den Laufbuchsen und den Verdrängerkolben wirkenden Kräften erweitert werden können.
Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, die die oben angegebenen Merkmale aufweist dadurch gelöst, dass der Ausnehmungsbereich einer Laufbuchse derart gestaltet ist, dass in einem die Achse der Laufbuchse einschließenden Axialschnitt durch die Laufbuchse die Tiefe des Ausnehmungsbereichs mehr als einmal zunimmt und mehr als einmal abnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper, in den um eine Mittelachse herum Zylinderbohrungen eingebracht sind, und Laufbuchsen aufweist, die mit einem Passungsaußendurchmesser in die Zylinderbohrungen eingepresst sind und die sich mit einer äußeren Stirnseite im Bereich einer Mündung der Zylinderbohrungen und mit einer inneren Stirnseite tief in den Zylinderbohrungen befinden. Jede Laufbuchse weist in ihrer von der äußeren Stirnseite ausgehenden, äußeren Hälfte in ihrer Außenmantelfläche einen axial begrenzten, umlaufenden Ausnehmungsbereich auf. Mit Laufbuchsen ausgestattet werden insbesondere hydrostatische Axialkolbenmaschinen in Sch rägschei ben bauweise.
Hydrostatische Axialkolbenmaschinen werden unter sehr unterschiedliche Betriebszuständen betrieben, wobei die Laufbuchsen den in den Betriebszuständen auftretenden Beanspruchungen soweit genügen müssen, dass die Axialkolbenmaschine nicht vorzeitig ausfällt. Zum Beispiel ist jeweils aus der DE 10 2013 208 454 A1 oder aus der DE 1 703 403 eine hydrostatische Axialkolbenmaschine bekannt, bei denen die in die Zylinderbohrungen eingepressten Laufbuchsen massive Hohlzylinder ohne jede Ausnehmung sind. Derartige massive Laufbuchsen halten den bei hohen Betriebsdrücken auftretenden Beanspruchungen stand und haben keine Neigung zu reißen. Bei hohen Betriebsdrücken ist die Leckage durch den Spalt zwischen den sich in den Laufbuchsen hin und her bewegenden Verdrängerkolben und den Laufbuchsen hoch, so dass die Führungsflächen zwischen den Verdrängerkolben und den Laufbuchsen gut geschmiert werden und entstehende Wärme gut abtransportiert wird. Wenn jedoch die Axialkolbenmaschine mit hohen Drehzahlen dreht und zugleich nur niedrige Betriebsdrücke herrschen, besteht die Neigung zur Adhäsion zwischen den Laufbuchsen und den Verdrängerkolben und damit zu sogenannten Kolbenfressern, da die Leckage durch den Spalt zwischen Laufbuchse und Verdrängerkolben verringert ist, somit entstehende Wärme schlechter abtransportiert wird und sich die Bauteile soweit erwärmen, dass sie sich in nicht mehr zu vernachlässigender Weise ausdehnen.
Aus der DE 101 57 248 A1 ist eine hydrostatische Kolbenmaschine bekannt, bei der die in die Zylinderbohrungen eingepressten Laufbuchsen in ihrer von der äußeren Stirnseite ausgehenden, äußeren Hälfte in ihrer Außenmantelfläche einen axial begrenzten, umlaufenden Ausnehmungsbereich aufweisen. Bei den bekannten, als kompensierte Laufbuchsen bezeichneten Laufbuchsen ist der Ausnehmungsbereich eine umlaufende Nut, die in einem durch die Achse der Laufbuchse gehenden Axialschnitt eine als Kreisbogen ausgebildete Kontur aufweist. Die Nut befindet sich in einem Bereich, in dem die größten Kräfte zwischen einem Verdrängerkolben und der Laufbuchse wirken und in dem die Laufbuchse dementsprechend auch die größte Wärmebelastung erfährt. Durch die umlaufende Nut ist zwischen der Laufbuchse und der Wand der Zylinderbohrung ein Freiraum geschaffen, in den hinein sich die Laufbuchse ausdehnen kann. Demgemäß halten die Laufbuchsen mit der Ausnehmung Betriebszuständen mit hohen Drehzahlen und niedrigen Drücken stand. Wird eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit kompensierten Laufbuchsen jedoch überwiegend bei hohen Betriebsdrücken betrieben, so besteht die Möglichkeit, dass die Laufbuchsen vorzeitig brechen.
Man hat deshalb schon eine hydrostatischen Axialkolbenmaschine für einen bestimmten Anwendungsfall, in dem überwiegend der eine Betriebszustand auftritt, mit massiven Laufbuchsen, und eine hydrostatische Axialkolbenmaschine für einen anderen Anwendungsfall, in dem überwiegend der andere Betriebszustand auftritt, mit kompensierten Laufbuchsen ausgestattet. Ein solches Vorgehen bedeutet zusätzlichen Aufwand bei der Projektierung einer Anlage sowie zusätzlichen Aufwand in der Beschaffung, Lagerhaltung und Bereitstellung der unterschiedlichen Lagerbuchsen und in der Montage der verschiedenen Varianten einer Axialkolbenmaschine. Zudem gibt es viele Anwendungsfälle, in denen die eine Betriebsart nicht deutlich öfter als die andere Betriebsart auftritt, sondern die Erfüllung der Anforderungen beider Betriebsarten von großem Vorteil wäre.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper, in den um eine Mittelachse herum Zylinderbohrungen eingebracht sind, und Laufbuchsen aufweist, die mit einem Passungsaußendurchmesser in die Zylinderbohrungen eingepresst sind, die sich mit einer äußeren Stirnseite im Bereich einer Mündung der Zylinderbohrungen und mit einer inneren Stirnseite tief in den Zylinderbohrungen befinden und die in ihrer von der äußeren Stirnseite ausgehenden, äußeren Hälfte in ihren Außenmantelflächen einen axial begrenzten, umlaufenden Ausnehmungsbereich haben, so weiterzuentwickeln, dass deren Einsatzmöglichkeiten hin zu Anwendungsfällen mit großen zwischen den Laufbuchsen und den Verdrängerkolben wirkenden Kräften erweitert werden können.
Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, die die oben angegebenen Merkmale aufweist dadurch gelöst, dass der Ausnehmungsbereich einer Laufbuchse derart gestaltet ist, dass in einem die Achse der Laufbuchse einschließenden Axialschnitt durch die Laufbuchse die Tiefe des Ausnehmungsbereichs mehr als einmal zunimmt und mehr als einmal abnimmt.
Während also bei der bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschine in einem die Achse der Laufbuchse einschließenden Axialschnitt durch die Laufbuchse die Tiefe der Nut zunächst bis zu einer maximalen Tiefe zunimmt, um dann von dort aus wieder auf null abzunehmen, ist bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine der Ausnehmungsbereich der Laufbuchsen so gestaltet, dass in einem Axialschnitt die Tiefe mehrmals zunimmt und mehrmals abnimmt. Dadurch ergeben sich innerhalb des Ausnehmungsbereichs Erhebungen, die nicht bis zum Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse reichen, oder mehrere Ausnehmungen, die durch auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegende Flächen voneinander getrennt sind. Gegebenenfalls wird die Laufbuchse also innerhalb des Ausnehmungsbereichs dauernd oder nach einer gewissen Ausdehnung nach außen durch die Zylinderwand abgestützt, so dass die Gefahr des Reißens reduziert ist. Andererseits besteht durch die Regionen größerer Tiefe zwischen einer Laufbuchse und einer Zylinderwand noch genügend Freiraum, in den hinein sich die Laufbuchse ausdehnen kann, so dass die Gefahr eines Kolbenfressers nicht gegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in dem Ausnehmungsbereich eine Ausnehmung vorhanden ist, die eine Erhebung aufweist, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse endet. Die Erhebung bringt eine Vergrößerung der Wandstärke der Laufbuchse innerhalb des Ausnehmungsbereich mit sich, wodurch die Festigkeit der Laufbuchse im Ausnehmungsbereich erhöht wird. Die Laufbuchse wird durch diese Erhebung also erst dann abgestützt, wenn eine gewisse Verformung der Laufbuchse vorausgegangen ist. Die Erhebung kann eine punkt-oder linienförmige höchste Stelle haben.
Der Boden der Ausnehmung mit der Erhebung ist wenigstens bereichsweise gekrümmt, wobei die Krümmung dort größer null und kleiner als unendlich ist. Krümmung größer null heißt, dass der Boden keine Ecke, und Krümmung kleiner als unendlich heißt, dass der Boden keine gerade Strecke aufweist. Dadurch wird die Gefahr von Rissbildungen reduziert. Vorteilhafterweise ist der gesamte Boden der Ausnehmung einschließlich der Erhebung ohne Kanten und ohne gerade Strecken ausgebildet.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung nimmt die Erhebung die überwiegende Breite, vorzugsweise zwischen 70 und 85 Prozent der Breite der Ausnehmung ein.
Es ist günstig, die Bodenkontur einer Ausnehmung durch Kreisbögen zu bilden. Dabei kann der Boden der Ausnehmung von einer auf dem Passungsaußendurchmesser einer Laufbuchse liegenden Kante gemäß einem zum Passungsaußendurchmesser hin konkaven, also nach innen gewölbter, ersten Kreisbogen mit kleinem Radius bis auf einen tiefsten Punkt abfallen und darüber hinaus fortgeführt sein. An diesen ersten Kreisbogen schließt sich ein zum Passungsaußendurchmesser hin konvexer, also nach außen gewölbter, zweiter Kreisbogen mit einem wesentlich größeren Radius tangentenstetig an. Vorzugsweise ist der Radius des ersten Kreisbogens etwa 2 mm ist und der Radius des zweiten Kreisbogens beträgt zwischen 20 mm und 60 mm. Durch den zweiten Kreisbogen wird die Erhebung gebildet.
Vorteilhafterweise befindet sich die Erhebung mittig innerhalb der Ausnehmung.
Die oben angegebene Ausbildung des Bodens einer Ausnehmung ist besonders anschaulich, wenn man die Angaben als Angaben für den Verlauf des Bodens in einem Axialschnitt durch eine Laufbuchse sieht.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung läuft die Ausnehmung ringförmig um die Laufbuchse herum und weist in jedem die Achse einer Laufbuchse einschließenden Axialschnitt die gleiche Kontur auf.
In dem Ausnehmungsbereich der Laufbuchse können mehrere Einzelausnehmungen vorhanden sein, die durch auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegende Flächen oder Kanten voneinander getrennt sind. Vorzugsweise sind mehrere Einzelausnehmungen in Axialrichtung der Laufbuchse hintereinander angeordnet, laufen ringförmig um die Laufbuchse herum und haben in jedem die Achse der Laufbuchse einschließenden Axialschnitt die gleiche Kontur.
Dabei haben vorzugsweise eine erste Einzelausnehmung als Hauptausnehmung in Achsrichtung der Laufbuchse eine erste Abmessung und eine der Hauptausnehmung in Achsrichtung der Laufbuchse unmittelbar folgende zweite Einzelausnehmung als Nebenausnehmung in Achsrichtung eine zweite Abmessung hat, die kleiner als die erste Abmessung ist.
Vorzugsweise weist die Hauptausnehmung die Erhebung auf, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse endet. Die Nebenausnehmung hat keine Erhebung, sondern vielmehr in einem die Achse der Laufbuchse einschließenden Axialschnitt eine Kontur, gemäß der die Tiefe der Nebenausnehmung nur einmal zunimmt und nur einmal abnimmt und die insbesondere ein Kreisbogen ist.
Es kann sich beidseits der Hauptausnehmung eine Nebenausnehmung befinden, wobei insbesondere die Nebenausnehmung auf der einen Seite der Hauptausnehmung gleich wie die Nebenausnehmung auf der anderen Seite der Hauptausnehmung ausgebildet ist. Dadurch ist eine bezüglich einer durch die höchste Stelle der Erhebung gelegten senkrecht auf der Achse der Laufbuchse stehenden Radialebene symmetrische Ausbildung des Ausnehmungsbereichs möglich.
Zwei in Axialrichtung der Laufbuchse hintereinander angeordnete Einzelausnehmungen können unterschiedliche maximale Tiefen haben, die eine Einzelausnehmung ist also tiefer als die andere Einzelausnehmung.
Mit Vorteilen umfasst der Ausnehmungsbereich eine ringförmig um die Laufbuchse umlaufende, mittlere Hauptausnehmung und auf jeder Seite der Hauptausnehmung eine ringförmig um die Laufbuchse umlaufende Nebenausnehmung umfasst, die durch auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegende Ringflächen von der Hauptausnehmung getrennt sind. Dabei ist die Hauptausnehmung wesentlich breiter als die beiden Nebenausnehmungen, vorzugsweise fünfmal bis siebenmal so breit wie die beiden Nebenausnehmungen ist und weist in ihrer Mitte die Erhebung auf, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse endet, während die Tiefe der Nebenausnehmungen nur einmal zunimmt und abnimmt. Die Nebenausnehmungen haben also keine Erhebung.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung hat die Hauptausnehmung zwischen der Erhebung und einer auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegenden Ringfläche eine maximale Tiefe, die größer ist als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen. Die geringste Tiefe der Hauptausnehmung, nämlich die Tiefe an der höchsten Stelle der Erhebung, ist kleiner als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen.
Auch wenn die Hauptausnehmung zwischen der Erhebung und einer auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegenden Ringfläche eine maximale Tiefe hat, die größer ist als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen, können die Hauptausnehmung und die Nebenausnehmungen von einer auf dem Passungsaußendurchmesser der Laufbuchse liegende Ringfläche aus gemäß einer nach derselben mathematischen Formel beschreibbaren Kontur, insbesondere einem Kreisbogen, erst steil und dann flach auf die jeweilige maximale Tiefe abfallen.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei vom zweiten Ausführungsbeispiel nur ein Ausschnitt aus einer Laufbuchse gezeigt ist. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch die in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen Ausschnitt aus 1 in einem vergrößerten Maßstab, wobei jedoch eine Laufbuchse in Ansicht gezeichnet ist,
3 in einem weiter vergrößerten Maßstab einen Axialschnitt durch einen Teil der in die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach den 1 und 2 eingebauten Laufbuchse mit einer ersten Ausgestaltung eines umlaufenden Ausnehmungsbereichs und
4 einen Schnitt gleich dem aus 3 durch eine zweite Laufbuchse, die eine andere Ausgestaltung eines umlaufenden Ausnehmungsbereichs hat.

Die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach den 1 und 2 ist eine Verstellpumpe in Schrägscheibenbauart für hydrostatische Antriebe in einem offenen hydraulischen Kreislauf. Der Volumenstrom der Verstellpumpe ist proportional zur Antriebsdrehzahl und zum Verdrängungsvolumen, das heißt zu der pro Umdrehung geförderten Druckmittelmenge Die Verstellpumpe umfasst ein topfartiges Gehäuse 10, eine das offene Ende des Gehäuses 10 verschließende Anschlussplatte 11, eine Antriebswelle 12, eine Zylindertrommel 13, eine Steuerplatte 14, die sich zwischen der Zylindertrommel 13 und der Anschlussplatte 11 befindet und relativ zur Anschlussplatte feststeht, sowie eine in ihrer Neigung bezüglich der Achse der Antriebswelle verstellbare Schrägscheibe 15, die wegen ihrer Verschwenkbarkeit auch Schwenkwiege genannt wird. Die Schwenkwiege 15 kann dabei von einer Position aus, in der sie nahezu senkrecht zur Achse der Antriebswelle 12 steht, nach einer Richtung bis zu einem maximalen Schwenkwinkel verschwenkt werden.
Der Schwenkwinkel kann nicht ganz bis auf null verkleinert werden, um eine immer eine gewisse Menge an Druckflüssigkeit für die Kühlung, für die Versorgung der Verstellung, zum Ausgleich von Leckageflüssigkeit und zur Schmierung aller bewegten Teile zu haben.
Die Antriebswelle 12 ist im Boden des Gehäuses 10 und in der Anschlussplatte 11 über Wälzlager 16 und 17 drehbar gelagert und greift zentriert durch die Zylindertrommel 13 hindurch. Diese ist mit der Antriebswelle 12 drehfest, jedoch axial beweglich verbunden und kann deshalb ohne Spiel an der Steuerplatte 14 anliegen.
Die Zylindertrommel 13 weist einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Grundkörper 21 mit einer Mittelachse 22 auf. Der Grundkörper 21 besitzt einen in Richtung der Mittelachse durchgehenden, zentralen Hohlraum 23, durch den die Antriebswelle 12 hindurchgeht. In den Grundkörper 21 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von zum Beispiel neun auf dem gleichen Teilkreis liegende Zylinderbohrungen 24 eingebracht, die im Ausführungsbeispiel leicht schräg gegen die Mittelachse 22, die mit der Mittelachse der Antriebswelle 12 zusammenfällt, angestellt sind. Der Durchmesser der Zylinderbohrungen 24 ist in einem der Schrägscheibe zugekehrten äußeren Stirnseite beginnenden und sich über etwa 60 Prozent der Gesamtlänge einer Zylinderbohrung erstreckenden vorderen Abschnitt geringfügig größer als in einem hinteren Abschnitt. Die beiden Abschnitte einer Zylinderbohrung 24 gehen in einer radialen Stufe ineinander über.
In den den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt jeder Zylinderbohrung 24 ist eine Laufbuchse 25 eingesetzt, die mit ihrer einen, äußeren Stirnseite 26 etwa in Flucht mit der Mündung der Zylinderbohrung 24 liegt. Der Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse 25 und der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 24 sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen der Laufbuchse und der Zylindertrommel ein Presssitz besteht. In jeder Laufbuchse 25 ist ein Verdrängerkolben 28 axial beweglich geführt. Der Innendurchmesser einer Laufbuchse 25 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des hinteren Abschnitts einer Zylinderbohrung 24, so dass in diesem hinteren Abschnitt ein deutlicher Ringspalt zwischen einem Verdrängerkolben 28 und der Wand einer Zylinderbohrung 24 besteht.
Die Verdrängerkolben 28 weisen an dem der Schwenkwiege 15 zugewandten Ende einen kugelförmigen Kopf 29 auf, der in eine korrespondierende Ausnehmung eines Gleitschuhs 30 eintaucht, so dass zwischen Verdrängerkolben und Gleitschuh ein Kugelgelenk gebildet ist. Mittels der Gleitschuhe 30 stützen sich die Verdrängerkolben an der Schwenkwiege 15 ab, so dass die Verdrängerkolben 28 im Betrieb in den Laufbuchsen und in den Zylinderbohrungen eine Hubbewegung ausführen. Die Größe des Hubs wird dabei von der Neigung der verschwenkbaren Schwenkwiege 15 bestimmt. Zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege 15 ist eine Stellvorrichtung 31 vorgesehen.
Die Steueröffnungen der Steuerplatte 14 sind auf ihrer der Zylindertrommel 13 abgewandten Seite offen zu einem ersten Fluidkanal 34 und zu einem zweiten Fluidkanal 35, die in der Anschlussplatte 11 ausgebildet sind, wobei der Fluidkanal 34 zu einem in der 1 nicht ersichtlichen Druckanschluss und der Fluidkanal 35 zu einem Sauganschluss 36 an der Anschlussplatte 11 führen. Die Zylinderbohrungen 24 sind über Durchlässe zu der der Steuerplatte 14 zugekehrten Stirnfläche der Zylindertrommel 13 hin offen. Die Durchlässe überstreichen bei Drehung der Zylindertrommel 13 die Steueröffnungen der Steuerplatte 14 und werden während eines Umlaufs nacheinander mit dem Fluidkanal 34 und dem Fluidkanal 35 der Anschlussplatte 11 verbunden.
Die Laufbuchsen 25 weisen in ihrer äußeren Hälfte in ihrer Außenmantelfläche 39 einen umlaufenden Ausnehmungsbereich 40 auf, der so gestaltet ist, dass bei einer hohen Drehzahl und einem niedrigen Betriebsdruck die Gefahr von Kolbenfressern und bei einem hohen Betriebsdruck die Gefahr eines Brechens der Laufbuchse im Vergleich zu bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen mit kompensierten Laufbuchsen verringert ist.
Bei den Laufbuchsen 25 aus den 1 bis 3 besteht der umlaufende Ausnehmungsbereich 40 aus einer einzigen umlaufenden Ausnehmung oder Nut 41, innerhalb der der Außendurchmesser einer Laufbuchse 25 überall kleiner ist als der Passungsaußendurchmesser, mit dem die Laufbuchse 25 in eine Zylinderbohrung 24 eingepresst ist. Die Breite der Ausnehmung 41 in axialer Richtung der Laufbuchse 25 beträgt etwa 25 bis 30 Prozent der Gesamtlänge der Laufbuchse. In einem Axialschnitt durch die Laufbuchse 25, wie einer in 3 gezeigt ist und in dem qua definitionem die Achse 32 der Laufbuchse liegt, fällt die Kontur ausgehend von jeder umlaufenden Seitenkante 42 der Ausnehmung 41 zunächst in einem nach innen gewölbten, also vom Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse aus gesehen konvexen, ersten Kreisbogen 43 mit einem kleinen Radius von zum Beispiel 2 mm innerhalb einer kurzen axialen Strecke, die etwa 10 Prozent der Breite der Ausnehmung 41 ausmacht, auf einen tiefsten Punkt 44 ab, der zum Beispiel 0,5 mm unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse liegt. Der erste Kreisbogen erstreckt sich aufsteigend noch ein wenig über den tiefsten Punkt hinaus, um dann tangentenstetig, also ohne eine Kante in einen nach außen gewölbten, zweiten Kreisbogen 45 überzugehen, dessen Radius zum Beispiel 50 mm beträgt. Auf diese Weise wird in der Ausnehmung 41 eine Erhebung 46 geschaffen, die sich über circa 80 Prozent der Breite der Ausnehmung 41 erstreckt und deren höchster Punkt 47 sich in der Mitte der Ausnehmung 41 befindet und zum Beispiel 0,2 mm unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse liegt. Dreidimensional betrachtet läuft die Erhebung 46 wie die Ausnehmung 41 mit dem aus 3 ersichtlichen Querschnitt außen um die Laufbuchse 25 herum.
Bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine, die mit Laufbuchsen 25, wie sie aus den 1 bis 3 hervorgehen, ist aufgrund der Ausnehmung 41 bei einer starken Erwärmung des besonders beanspruchten Abschnitts ein Freiraum vorhanden, in den sich das Material der Laufbuchse ausdehnen kann. Andererseits wird durch die Erhebung 46 die Festigkeit der Laufbuchse 25 im Bereich der Ausnehmung 41 gegenüber der bekannten Lösung verbessert, so dass sich die Laufbuchse dort weniger verformt. Zudem wird die Laufbuchse bei einer sehr starken Beanspruchung durch hohe Kräfte und einer damit einhergehenden Verformung an der höchsten Stelle der Erhebung 46 durch die Wand der Zylinderbohrung abgestützt. Insgesamt ist somit die Gefahr eines Bruches der Laufbuchse gering.
Bei der Laufbuchse 25, von der in der 4 ein Ausschnitt in einem Axialschnitt dargestellt ist, besteht der Ausnehmungsbereich 50 aus drei umlaufenden Ausnehmungen 51, 52 und 53. Diese umlaufenden Ausnehmungen sind durch auf dem Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse umlaufende Ringflächen 55 und 56 voneinander getrennt. Die mittlere Ausnehmung 51 ist schmäler als die Ausnehmung 41 aus 3. Ihre Breite beträgt nur circa 83 Prozent der Breite der Ausnehmung 41. In ihrer axial verlaufenden Kontur ähnelt die Ausnehmung 51 jedoch der Ausnehmung 41 aus 3. Die Kontur fällt ausgehend von jeder umlaufenden Seitenkante der Ausnehmung 51 zunächst in einem nach innen gewölbten, also vom Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse aus gesehen konvexen, ersten Kreisbogen mit einem kleinen Radius von zum Beispiel 2 mm innerhalb einer kurzen axialen Strecke auf einen tiefsten Punkt ab, der zum Beispiel 0,5 mm unterhalb des Passungsaußendurchmessers D der Laufbuchse liegt. Der erste Kreisbogen erstreckt sich aufsteigend noch ein wenig über den tiefsten Punkt hinaus, um dann tangentenstetig, also ohne eine Kante in einen nach außen gewölbten, zweiten Kreisbogen überzugehen, dessen Radius zum Beispiel 30 mm beträgt. Auf diese Weise ist in der Ausnehmung 51 eine Erhebung 57 geschaffen, die sich allerdings nur über circa 75 Prozent der Breite der Ausnehmung 51 erstreckt. Der höchste Punkt der Erhebung 57 befindet sich wiederum in der Mitte der Ausnehmung 51 und liegt zum Beispiel 0,2 mm unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse.
Die beiden identisch ausgebildeten seitlichen Ausnehmungen 52 und 53 haben in Axialrichtung eine Kontur, die durch einen einzigen Kreisbogen 54 mit dem Radius 2 mm gebildet ist. Dieser Radius ist so gewählt, dass sich bei einer maximalen Tiefe einer Ausnehmung 52 und 53 von 0,3 mm eine gewünschte Breite jeder Ausnehmungen 52 und 53 von etwa 11 Prozent an der Gesamtbreite des Ausnehmungsbereichs 50 aus 4 ergibt. Jede der Ringflächen 55 und 56 erstreckt sich über etwa 5 Prozent und die mittlere Ausnehmung 51 über circa 68 Prozent der Gesamtbreite des Ausnehmungsbereichs 50. Die mittlere Ausnehmung 51 kann man deshalb auch als Hauptausnehmung und die beiden seitlichen Ausnehmungen 52 und 53 als Nebenausnehmungen ansehen. Die konvexen, ersten Kreisbogen der Hauptausnehmung 51 und der Kreisbogen 54 der Nebenausnehmungen 52 und 53 haben denselben Radius, so dass die Hauptausnehmung 51 und die Nebenausnehmungen 52 und 53 von einer auf dem Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse 25 liegende Ringfläche 55 oder 56 aus gemäß Kreisbogen 54 mit denselben Radien erst steil und dann flach auf die jeweilige maximale Tiefe abfallen.
Es hat sich gezeigt, dass eine Laufbuchse aufgrund der zusätzlichen Abstützung durch die Ringflächen 55 und 56 innerhalb des Ausnehmungsbereichs 50 bei gleicher Qualität im Hinblick auf die Vermeidung von Kolbenfressern noch besser gegen einen Bruch gewappnet ist als eine Laufbuchse mit dem Ausnehmungsbereich 40 nach 3. AIlerdings ist die Herstellung des Ausnehmungsbereichs 50 im Vergleich zur Herstellung des Ausnehmungsbereichs 40 mit mehr Aufwand verbunden.
Bezugszeichenliste

10: topfartiges Gehäuse
11: Anschlussplatte
12: Antriebswelle
13: Zylindertrommel
14: Steuerplatte
15: Schwenkwiege
16: Wälzlager
17: Wälzlager
21: Grundkörper von 13
22: Mittelachse von 12 und 21
23: zentraler Hohlraum in 21
24: Zylinderbohrung
25: Laufbuchse
26: äußeren Stirnseite von 25
27: innere Stirnseite von 25
28: Verdrängerkolben
29: kugelförmiger Kopf von 28
30: Gleitschuh
31: Stellvorrichtung
32: Achse von 25
34: erster Fluidkanal
35: zweiter Fluidkanal
36: Sauganschluss
39: Außenmantelfläche
40: Ausnehmungsbereich 40 an 25
41: Ausnehmung
42: Seitenkante von 41
43: erster Kreisbogen
44: tiefster Punkt von 43
45: zweiter Kreisbogen
46: Erhebung
47: höchster Punkt
50: Ausnehmungsbereich
51: umlaufende Ausnehmung
52: umlaufende Ausnehmung
53: umlaufende Ausnehmung
54: Kreisbogen in 51, 52, 53
55: umlaufende Ringfläche
56: umlaufende Ringfläche
57: Erhebung
D: Passungsaußendurchmesser von 25

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013208454 A1 [0002]
DE 1703403 [0002]
DE 10157248 A1 [0003]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere in Schrägscheibenbauweise, mit einer Zylindertrommel (13), die einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundkörper (21), in den um eine Mittelachse (22) herum Zylinderbohrungen (24) eingebracht sind, und Laufbuchsen (25) aufweist, die zur Führung von Verdrängerkolben (28) mit einem Passungsaußendurchmesser (D) in die Zylinderbohrungen (24) eingepresst sind und die sich mit einer äußeren Stirnseite (26) im Bereich einer Mündung der Zylinderbohrungen (24) und mit einer inneren Stirnseite (27) tief in den Zylinderbohrungen (24) befinden, wobei jede Laufbuchse (25) in ihrer von der äußeren Stirnseite (26) ausgehenden, äußeren Hälfte in ihrer Außenmantelfläche (39) einen axial begrenzten, umlaufenden Ausnehmungsbereich (40, 50) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausnehmungsbereich (40, 50) einer Laufbuchse (25) derart gestaltet ist, dass in einem die Achse (32) der Laufbuchse (25) einschließenden Axialschnitt durch die Laufbuchse (25) die Tiefe des Ausnehmungsbereichs (40, 50) mehr als einmal zunimmt und mehr als einmal abnimmt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei in dem Ausnehmungsbereich (40, 50) eine Ausnehmung (41, 51) vorhanden ist, die eine Erhebung (46, 57) aufweist, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers der Laufbuchse (25) endet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2, wobei die Erhebung (46, 57) eine punkt-oder linienförmige höchste Stelle (47) hat.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei der Boden der Ausnehmung (41, 51) wenigstens bereichsweise gekrümmt ist und die Krümmung größer null und kleiner als unendlich ist, wobei insbesondere der gesamte Boden der Ausnehmung (41, 51) einschließlich der Erhebung (46, 57) ohne Kanten und ohne gerade Strecken ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 4, wobei die Erhebung (46, 57) die überwiegende Breite, vorzugsweise zwischen 70 und 85 Prozent der Breite der Ausnehmung (41, 51) einnimmt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei der Boden der Ausnehmung (41, 51) von einer auf dem Passungsaußendurchmesser (D) einer Laufbuchse (25) liegenden Kante (42) gemäß einem zum Passungsaußendurchmesser (D) hin konkaven, ersten Kreisbogen (43) mit kleinem Radius bis auf einen tiefsten Punkt (44) abfällt und darüber hinaus fortgeführt ist und wobei sich an den ersten Kreisbogen (43) ein zum Passungsaußendurchmesser (D) hin konvexer, zweiter Kreisbogen (45) mit einem wesentlich größeren Radius tangentenstetig anschließt, wobei vorzugsweise der Radius des ersten Kreisbogens (43) etwa 2 mm ist und der Radius des zweiten Kreisbogens (45) zwischen 20 mm und 60 mm beträgt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 6, wobei sich die Erhebung (46, 57) mittig innerhalb der Ausnehmung (41, 51) befindet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, wobei die Ausnehmung (41, 51) ringförmig um die Laufbuchse (25) herumläuft und in jedem die Achse (32) der Laufbuchse (25) einschließenden Axialschnitt die gleiche Kontur aufweist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei in dem Ausnehmungsbereich (50) der Laufbuchse (25) mehrere Einzelausnehmungen (51, 52, 53) vorhanden sind, die durch auf dem Passungsaußendurchmesser (D) der Laufbuchse (25) liegende Flächen (55, 56) oder Kanten voneinander getrennt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 9, wobei mehrere Einzelausnehmungen (51, 52, 53) in Richtung der Achse (32) der Laufbuchse (25) hintereinander angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 10, wobei die Einzelausnehmungen (51, 52, 53) ringförmig um die Laufbuchse (25) herumlaufen und jede Einzelausnehmung (51, 52, 53) in jedem die Achse (32) der Laufbuchse (25) einschließenden Axialschnitt die gleiche Kontur aufweist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 9, 10 oder 11, wobei eine erste Einzelausnehmung (51) als Hauptausnehmung in Richtung der Achse (32) der Laufbuchse (25) eine erste Abmessung und eine der Hauptausnehmung (51) in Richtung der Achse (32) der Laufbuchse (25) unmittelbar folgende zweite Einzelausnehmung (52, 53) als Nebenausnehmung in Richtung der Achse (32) eine zweite Abmessung hat, die kleiner als die erste Abmessung ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 12, wobei die Hauptausnehmung (51) die Erhebung (57) aufweist, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers (D) der Laufbuchse (25) endet, und wobei die Nebenausnehmung (52, 53) in einem die Achse (32) der Laufbuchse (25) einschließenden Axialschnitt eine Kontur hat, gemäß der die Tiefe der Nebenausnehmung (51, 52) nur einmal zunimmt und nur einmal abnimmt, die insbesondere ein Kreisbogen (54) ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 12 oder 13, wobei sich beidseits der Hauptausnehmung (51) eine Nebenausnehmung (52, 53) befindet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 14, wobei die Nebenausnehmung (52, 53) auf der einen Seite der Hauptausnehmung (51) gleich wie die Nebenausnehmung (53, 52) auf der anderen Seite der Hauptausnehmung (51) ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 10 bis 15, wobei zwei in Richtung der Achse (32) der Laufbuchse (25) hintereinander angeordnete Einzelausnehmungen (51, 52, 51, 53) unterschiedliche maximale Tiefen haben.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei der Ausnehmungsbereich (50) eine ringförmig um die Laufbuchse (25) umlaufende, mittlere Hauptausnehmung (51) und auf jeder Seite der Hauptausnehmung (51) eine ringförmig um die Laufbuchse (25) umlaufende Nebenausnehmung (52, 53) umfasst, die durch auf dem Passungsaußendurchmesser (D) der Laufbuchse (25) liegende Ringflächen (55, 56) von der Hauptausnehmung (51) getrennt sind, und wobei die Hauptausnehmung (51) wesentlich breiter als die beiden Nebenausnehmungen (52, 53), vorzugsweise fünfmal bis siebenmal so breit wie die beiden Nebenausnehmungen (52, 53) ist und in ihrer Mitte die Erhebung (57) aufweist, die unterhalb des Passungsaußendurchmessers (D) der Laufbuchse (25) endet, während die Tiefe der Nebenausnehmungen (52, 53) nur einmal zunimmt und abnimmt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 17, wobei die Hauptausnehmung (51) zwischen der Erhebung (57) und einer auf dem Passungsaußendurchmesser (D) der Laufbuchse (25) liegenden Ringfläche (55, 56) eine maximale Tiefe hat, die größer ist als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen (52, 53) und wobei die geringste Tiefe der Hauptausnehmung (51), nämlich die Tiefe an der höchsten Stelle (47) der Erhebung (57), kleiner ist als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen (52, 53).
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 17 oder 18, wobei die Hauptausnehmung (51) zwischen der Erhebung (57) und einer auf dem Passungsaußendurchmesser (D) der Laufbuchse (25) liegenden Ringfläche (55, 56) eine maximale Tiefe hat, die größer ist als die maximale Tiefe der Nebenausnehmungen (52, 53) und wobei die Hauptausnehmung (51) und die Nebenausnehmungen (52, 53) von einer auf dem Passungsaußendurchmesser (D) der Laufbuchse (25) liegende Ringfläche (55, 56) aus gemäß einer nach derselben mathematischen Formel beschreibbaren Kontur, insbesondere einem Kreisbogen (54), erst steil und dann flach auf die jeweilige maximale Tiefe abfallen.