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Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung einer Gleitseite eines Gleitschuhs für eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine weist Zylinder-Kolbeneinheiten mit jeweils einem axial in einem Zylinder einer Zylindertrommel angeordneten und darin axial verschiebbaren Kolben auf. Der Kolben hat an der von der Zylindertrommel abgewandten Seite einen Kolbenkopf in Form eines Kugelabschnitts, der in einer entsprechenden konkaven Ausnehmung eines Gleitschuhs aufgenommen ist, womit ein Schwenkgelenk gebildet ist. Darüber ist jeder Kolben an einer ruhenden schrägen Fläche, insbesondere an einer Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine abgestützt. Im Betrieb überträgt der gleitend umlaufende Gleitschuh Stützkräfte des Kolbens an die Schrägscheibe. Aufgrund der mechanischen Belastung im Bereich der gleitenden Abstützung kann es zum Verschleiß der Schrägscheibe und des Gleitschuhs bis hin zu dessen Bruch kommen.
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Um dieses Risiko auszuschließen oder zumindest zu vermindern und um Energie zu sparen wird der Gleitschuh im Bereich seiner Gleitseite geschmiert und mittels einer Entlastungsausnehmung hydrostatisch entlastet. Diese wird über einen meist zentralen Druckmittelkanal, der den Gleitschuh von seiner konkaven Ausnehmung hin zu seiner Gleitseite durchsetzt, mit Schmier- oder Druckmittel versorgt, sodass sich dort ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld aufbauen kann.
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Im einfachen Fall ist ein einziges zentrales Entlastungsdruckfeld von einem äußeren geschlossenen Dichtsteg umrandet. Dieser verhindert das widerstand lose Weiterströmen des Entlastungsdruckmittels, so dass das Entlastungsdruckfeld eine definierte Kreisscheibenform hat.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 208 886 A1 der Anmelderin zeigt einen Gleitschuh mit einer vergleichsweise flachen kreisscheibenförmigen Entlastungsausnehmung.
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Diese ist von einer tieferen kreisringförmigen Umfangsnut umgeben. Das Entlastungsdruckmittel wird ergänzend durch radiale Nuten von der zentralen Mündung des Druckmittelkanals radial nach außen zur Umfangsnut geführt. Ein kreisringförmiger Dichtsteg umrandet die Umfangsnut. Außen am Dichtsteg sind eine zweite Umfangsnut und ein Tragsteg angeordnet. Derartige Gleitschuhe werden auch als Mehrsteggleitschuhe bezeichnet.
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Bei den genannten Druckschriften stammt das Druckmittel für das Entlastungsdruckfeld der Entlastungsausnehmung aus dem Arbeitsraum des jeweiligen Kolbens. Das bringt mit sich, dass das Entlastungsdruckfeld den Druckschwankungen im Arbeitsraum beim Ausfahren und Einfahren des Kolbens unterliegt. Besonders beim Ansaugen, also beim Ausfahren des Kolbens im Pumpenbetrieb, kann der Druck im Arbeitsraum und über den Druckmittelkanal damit auch der Entlastungsdruck in der Entlastungsausnehmung so stark abnehmen, dass Entlastungsdruckmittel in die Dampfphase übergeht.
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Den vorgenannten Gleitschuhen ist dabei gemein, dass sich das verdampfte Entlastungsdruckmittel an einem Innenrand des Dichtsteges, also an der Gleitfläche des Dichtsteges sammeln kann. Kommt es dann durch die nachfolgende Druckerhöhung zur Implosion des Dampfes, sind Kavitationserosionsschäden am Innenrand des Dichtsteges die Folge. Durch den beschädigten Innenrand wird die Gleitfläche beschädigt und der Dichtspalt verkürzt sich, womit die Dichtfunktion negativ beeinflusst wird. Auf die Dauer kann der Dichtsteg komplett durcherodieren, so dass die Dichtfunktion verloren geht. Damit einher geht der Verlust der hydrostatischen Entlastung und Schmierung des Gleitschuhs, was zu Folgeschäden an der Schrägscheibe bis zum Maschinenausfall führen kann.
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Die Druckschrift
GB 983 310 offenbart Gleitschuhe mit unterschiedlich ausgestalteten Entlastungsausnehmungen. Diese variieren von spiralförmiger, über nach radial außen mäandernder bis hin zu labyrinthartiger Ausgestaltung. Dabei ist auch ein Ausführungsform mit einem äußeren ringförmigen ununterbrochenem Dichtsteg gezeigt, wobei radial innerhalb mehrere Tragstege angeordnet sind, die sich jeweils nur über einen Teil (über mehr als 50 %) des Umfangs erstrecken. Die Tragstege sind sichelförmig und ihre spitz zulaufenden Endabschnitte überlappen sich gegenseitig. Damit sind die Tragstege derart labyrinthartig verschachtelt, dass das Entlastungsdruckmittel ausschließlich entlang zweier zick-zack-förmiger Strömungspfade von der zentralen Kanalmündung zum äußeren Dichtsteg gelangen kann. Es sind vier Stege gezeigt. Bei zwei Stegen verlaufen die gekrümmten Innenränder derart, dass ihre äußeren Endabschnitte weiter vom Mittelpunkt der Gleitseite bzw. von der Mittelachse des Gleitschuhs entfernt ist, als der mittlere Bereich. Bei den beiden anderen stärker gekrümmten Stegen verlaufen die gekrümmten Innenränder konzentrisch zum Mittelpunkt der Gleitseite bzw. zur Mittelachse des Gleitschuhs. Damit sind ihre äußeren Endabschnitte so weit vom Mittelpunkt der Gleitseite bzw. von der Mittelachse des Gleitschuhs entfernt wie der mittlere Bereich.
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Bei dem letztgenannten Gleitschuh könnte sich das verdampfte Druckmittel auch zunächst an den gekrümmten Innenrändern der beiden letztgenannten sichelförmigen Tragstege sammeln.
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Nachteilig ist, dass die Form der gekrümmten Innenränder ein Entweichen des Dampfes und damit einen Durchtritt entlang der zick-zack-förmigen Strömungspfade zum Dichtsteg ermöglicht. Damit ist auch die oben mit Bezug zu den anderen Gleitschuhen des Standes der Technik erläuterten Nachteile gegeben.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Gleitschuh für einen Kolben einer Axialkolbenmaschine zu schaffen, wobei der Dichtsteg besser gegen Erosion durch Kavitation geschützt ist.
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Die Aufgaben werden gelöst durch einen Gleitschuh mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
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Der beanspruchte Gleitschuh ist für einen Kolben einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine ausgelegt. Dazu hat er eine Gleitseite, an der eine Entlastungsausnehmung ausgebildet ist, in der ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar ist. Die Entlastungsausnehmung und damit das Entlastungsdruckfeld ist von einem Dichtsteg berandet, der in gleitende Anlage mit einer schrägen Fläche der Axialkolbenmaschine bringbar ist. Im Innern des Dichtsteges sind mehrere Tragstege mit gekrümmten Innenrändern angeordnet. Erfindungsgemäß ist ein mittlerer Bereich der Innenränder weiter von einer Mittelachse des Gleitschuhs oder von einem Mittelpunkt der Gleitseite entfernt, als die beiden Endabschnitte des Innenrandes. Wenn das flüssige Entlastungsdruckmittel auf Grund seiner höheren Dichte radial zum Außenbereich der Zylindertrommel gedrängt wird, stellen die radial am Innenbereich der Zylindertrommel angeordneten Tragstege Dampffallen dar. Genauer gesagt sammelt sich das verdampfte Druckmittel an den mittleren Bereichen der gekrümmten Innenränder der Tragstege und kann auf Grund der radial weiter innen liegenden Endabschnitte nicht entweichen.
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Es kann eine symmetrische Anordnung der Tragstege mit einer geraden Anzahl von Tragstegen (z.B. acht Tragstege) vorgesehen sein.
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Wenn die Tragstege gleichmäßig am Umfang der Gleitseite verteilt sind, ist die Einbaulage der Gleitschuhe und deren Verhalten bei der Rotation der Zylindertrommel unerheblich.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind zwei Gruppen von Tragstegen vorgesehen, wobei die Tragstege der ersten Gruppe radial weiter innen sind, als die Tragstege der zweiten Gruppe.
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Vorzugsweise weisen beide Gruppen gleich viele Tragstege auf.
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Vorzugsweise sind die Tragstege der ersten Gruppe und die Tragstege der zweiten Gruppe jeweils symmetrisch.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung haben die Tragstege der ersten Gruppe in Umfangsrichtung Abstände zueinander, wobei radial außerhalb dieser Abstände jeweils ein Tragsteg der zweiten Gruppe angeordnet ist. Wenn die Tragstege der zweiten Gruppe in Umfangsrichtung größer als die Abstände sind, überspannen die Tragstege der zweiten Gruppe den jeweils zugeordneten Abstand in Umfangsrichtung. Dann sind mehrere labyrinthartige Strömungspfade für das Entlastungsdruckmittel von einer mittleren Mündung radial nach außen zum Dichtsteg gebildet und der Dampf wird besonders sicher eingefangen und vom Dichtsteg ferngehalten.
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Die Innenränder der Tragstege der ersten Gruppe können stärker gekrümmt sein, als die Innenränder der Tragstege der zweiten Gruppe.
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Die Tragstege der ersten Gruppe können länger sein als die Tragstege der zweiten Gruppe.
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Die Tragstege der ersten Gruppe können etwa parabelförmig sein, während die Tragstege der zweiten Gruppe etwa kreisbogenförmig sind.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitschuhs wird in den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 das Ausführungsbeispiel eines Gleitschuhs zusammen mit wesentlichen Teilen einer betroffenen Axialkolbenmaschine in einem Längsschnitt, und
- 2 den Gleitschuh aus 1 in einer Ansicht auf seine Gleitseite.
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1 zeigt wesentliche Teile einer Axialkolbenmaschine, bei der eine schräge Fläche 1 von eine Schrägscheibe mit konstantem oder verstellbarem Winkel gebildet ist. Dabei ist eine Vielzahl von Kolben 2 in auf einem Teilkreis angeordneten Zylinderbohrungen 4 einer um die Rotationsachse 6 der Axialkolbenmaschine drehbaren Zylindertrommel 8 axial beweglich aufgenommen. Die mit der Zylindertrommel 8 umlaufenden Kolben 2 sind über ihren jeweiligen Kolbenkopf 9 und einen jeweiligen Gleitschuh 10 an der ruhenden schrägen Fläche 1 abgestützt.
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Jeder Gleitschuh 10 liegt mit seiner Gleitseite an der schrägen Fläche 1 an. Jeder Gleitschuh 10 hat eine Mittelachse 12, die sich normal zur Gleitseite und normal zur schrägen Fläche 1 erstreckt.
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2 zeigt die Gleitseite eines Gleitschuhs 10. Es ist ein Druckmittelkanal 14 vorgesehen, der den Gleitschuh 10 von einer Aufnahme für den Kolbenkopf 9 des Kolbens 2 (vgl. 1) hin zur Gleitseite durchsetzt. Über diesen Druckmittelkanal 14 wird eine Entlastungsausnehmung 16 der Gleitseite im Betrieb der Axialkolbenmaschine mit Druckmittel aus dem in der Zylinderbohrung 4 gebildeten Arbeitsraum (vgl. 1) beaufschlagt.
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Die Entlastungsausnehmung 16 ist etwa kreisscheibenförmig und von einem kreisringförmigen Dichtsteg 18 umgeben und radial nach außen abgedichtet.
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In der Entlastungsausnehmung 16 bildet sich das per se aus dem Stand der Technik bekannte Entlastungsdruckfeld. Um dabei Kavitationsschäden am Innenrand des Dichtstegs 18 zu vermeiden, sind beim gezeigten Ausführungsbeispiel acht erfindungsgemäß gestaltete Tragstege 20, 22 vorgesehen, wobei vier radial innenliegende Tragstege 20 in einer ersten Gruppe gruppiert sind, während vier radial außenliegende Tragstege 22 in einer zweiten Gruppe gruppiert sind. Die Tragstege 20, 22 jeder Gruppe sind gleichmäßig am Umfang verteilt. Darüber hinausgehend sind auch alle acht Tragstege 20, 22 gleichmäßig am Umfang verteilt.
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Die Tragstege 20 der ersten Gruppe sind radial weiter innen angeordnet als die Tragstege 22 der zweiten Gruppe. Die Tragstege 20 der ersten Gruppe haben in radialer Richtung eine größere Erstreckung als die Tragstege 22 der zweiten Gruppe. Die Tragstege 20 der ersten Gruppe sind etwa parabelförmig. Die Tragstege 22 der zweiten Gruppe sind etwa kreisbogenförmig. In Umfangsrichtung betrachtet verbleiben zwischen den Tragstegen 20 der ersten Gruppe jeweilige Abstände, wobei radial außerhalb dieser Abstände jeweils ein Tragsteg 22 der zweiten Gruppe angeordnet ist.
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Erfindungsgemäß sind alle Innenränder 24 der Tragstege 20, 22 derart geformt, dass ein jeweiliger in Umfangsrichtung betrachteter mittlerer Bereich radial weiter außen liegt, als die beiden in Umfangsrichtung betrachteten Endabschnitte 26 desselben Innenrandes 24. Damit sind an den Innenrändern 24 aller Tragstege 20, 22 Dampffallen gebildet. Genauer gesagt ist ausgehend von der Mündung des Druckmittelkanals 14 radial in alle Richtungen nach außen betrachtet jeweils mindestens eine Dampffalle in Form eines Tragsteges 20, 22 vorgesehen. Das Entlastungsdruckmittel, das über den Druckmittelkanal 14 in die Entlastungsausnehmung 16 dringt, kann nur auf einem labyrinthartigen Pfad radial nach außen zum Innenrand des Dichtsteges 18 gelangen. Dabei muss das Entlastungsdruckmittel durch einen der Abstände zwischen den Tragstegen 20 der ersten Gruppe und danach vorbei an einem der Endabschnitte 26 des in Radialrichtung dahinterliegenden Tragsteges 22 bewegt werden. Dabei wird eventuell gebildeter Dampf in den genannten Dampffallen abgefangen um Kavitationsschäden am Innenrand des Dichtsteges 18 zu vermeiden.
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Offenbart ist ein Gleitschuh 10 für einen Kolben 2 einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit einer Gleitseite, an der eine Entlastungsausnehmung 14 ausgebildet ist, in der ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar ist, und die von einem Dichtsteg 16 berandet ist. Um den Dichtsteg 16 vor Kavitation zu schützen sind im Entlastungsdruckfeld Tragstege 20, 22 angeordnet, die derart gekrümmt sind, dass sie als Dampffallen dienen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- schräge Fläche
- 2
- Kolben
- 4
- Zylinderbohrung
- 6
- Rotationsachse
- 8
- Zylindertrommel
- 9
- Kolbenkopf
- 10
- Gleitschuh
- 12
- Mittelachse
- 14
- Druckmittelkanal
- 16
- Entlastungsausnehmung
- 18
- Dichtsteg
- 20
- Tragsteg (der ersten Gruppe)
- 22
- Tragsteg (der zweiten Gruppe)
- 24
- Innenrand
- 26
- Endabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208886 A1 [0005]
- DE 10235813 B4 [0007]
- DE 19601721 C2 [0007]
- GB 983310 [0010]
