DE19521259C2

DE19521259C2 - Hydraulic piston machine

Info

Publication number: DE19521259C2
Application number: DE19521259A
Authority: DE
Inventors: Ove Thorboel Hansen; Lars Martensen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1995-06-10
Filing date: 1995-06-10
Publication date: 1998-11-05
Anticipated expiration: 2015-06-11
Also published as: DE19521259A1; WO1996041953A1; EP0832356B1; DE69624481D1; DK0832356T3; ATE226690T1; EP0832356A1

Abstract

A hydraulic piston machine is disclosed, having arranged in a basic body (1) at least one cylinder (2) in which a bushing made of a plastics material is arranged. Securing the bushing in the basic body occasionally presents problems which render manufacture of the machine more difficult. The present invention is intended to simplify the manufacture of the piston machine. To that end, the external diameter of the bushing (3) and the internal diameter of the cylinder (2) are matched to one another to provide freedom from play and the plastics material has a substantially smaller modulus of elasticity than the basic body (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine mit mindestens einem in einem Grundkörper angeordneten Zylinder, in dem eine Laufbuchse aus einem Kunststoff angeordnet ist.The invention relates to a hydraulic piston machine with at least one arranged in a base body Cylinder in which a liner made of plastic is arranged.

Seit einiger Zeit ist man bestrebt, bei hydraulischen Kolbenmaschinen die als Hydraulikflüssigkeit verwende ten synthetischen Hydrauliköle durch ungiftigere Flüs sigkeiten zu ersetzen. Besondere Vorteile verspricht man sich bei der Verwendung von Wasser als Hydraulik flüssigkeit. Im Gegensatz zu Ölen hat aber Wasser prak tisch keine schmierenden Eigenschaften. Um die Reibung zwischen einem Kolben, der in der Laufbuchse hin- und herbewegt wird, und der Laufbuchse herabzusetzen, hat man daher Laufbuchsen aus Kunststoff verwendet, wobei der Kunststoff eine reibungsvermindernde Eigenschaft hat. Trotzdem entstehen während des Betriebs zwischen der Laufbuchse und dem Kolben Reibungs kräfte, die unter ungünstigen Umständen die Laufbuchse aus dem Grundkör per heraustreiben. Es ist daher notwendig, die Lauf buchse im Grundkörper zu befestigen. Das Befestigen ist allerdings nicht ganz problemlos. Ein Einlöten oder Einkleben der Laufbuchse setzt eine geeignete Werk stoffpaarung zwischen Laufbuchse und Grundkörper vor aus, die nicht in allen Fällen gegeben ist.For some time now, efforts have been made to use hydraulic Piston machines that use as hydraulic fluid synthetic hydraulic oils through non-toxic rivers to replace liquids. Promises special advantages one when using water as a hydraulic liquid. In contrast to oils, water is practical no lubricating properties. To the friction between a piston that reciprocates in the liner is moved down, and has to reduce the liner one therefore uses plastic bushings, whereby the plastic has a friction-reducing property Has. Nevertheless arise during operation between the liner and the piston friction forces under unfavorable circumstances the liner from the basic body drive out. It is therefore necessary to run Fasten the socket in the base body. Fastening is but not without problems. A soldering or Gluing the bushing sets a suitable work material pairing between liner and body which is not always the case.

Aus DE 43 01 126 A1 ist es daher bekannt geworden, auf der Außenwand der Laufbuchse eine Nut zu erzeugen, die mit einer entsprechenden Nut auf der Innenwand des Zy linders zur Überdeckung gebracht wird. Danach wird ein Verriegelungselement formschlüssig in den durch die beiden Nuten gebildeten Nutraum eingebracht.From DE 43 01 126 A1 it has therefore become known on to produce a groove on the outer wall of the liner with a corresponding groove on the inner wall of the Zy linders is brought to cover. After that, a Locking element in a form-fitting manner through the introduced into both grooves formed groove space.

DE 43 01 124 A1 zeigt ein anderes Verfahren, bei dem die Zylinderbuchse an einem stirnseitigen Ende erwärmt und danach verformt wird. Der Zylinder weist eine ent sprechende Verformung auf, so daß die Laufbuchse nach Art eines Nietes in dem Grundkörper sitzt.DE 43 01 124 A1 shows another method in which the cylinder liner is heated at one end and then deformed. The cylinder has an ent talking deformation, so that the liner after Kind of a rivet in the base body sits.

Beide Verfahren ermöglichen zwar das sichere Festhalten der Laufbuchse im Grundkörper. Sie erfordern jedoch einen relativ hohen Aufwand bei der Herstellung.Both methods enable secure hold the liner in the body. However, they do require a relatively high effort in production.

DE 42 34 746 A1 zeigt eine Pumpe für Haushaltsgeräte, bei der eine Laufbuchse aus Kunststoff in einem Gehäuse aus Kunststoff eingepreßt ist. Die Laufbuchse ist härter und verschleißfester als das Kunststoffgehäuse ausgebildet.DE 42 34 746 A1 shows a pump for household appliances, with a plastic liner in a housing is pressed in from plastic. The liner is harder and more wear-resistant than the plastic housing educated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstel lung der hydraulischen Kolbenmaschine zu vereinfachen.The invention has for its object the manufacturer to simplify the hydraulic piston machine.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Kolbenma schine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Außendurchmesser der Laufbuchse und der Innen durchmesser des Zylinders spielfrei aufeinander abge stimmt sind und der Kunststoff ein wesentlich kleineres Elastizitätsmodul als der Grundkörper derart aufweist, daß zwischen der Laufbuchse und dem Grundkörper mit steigendem Betriebsdruck im Innern der Laufbuchse eine höhere Reibungskraft entsteht. This task is done with a hydraulic piston Machine of the type mentioned solved in that the outer diameter of the liner and the inner diameter of the cylinder is matched to one another without play are true and the plastic is much smaller Has modulus of elasticity as the base body in such a way that between the liner and the body with increasing operating pressure inside the liner higher friction force arises.

Bei dieser Ausgestaltung wird die Laufbuchse eigentlich nur in den Grundkörper, genauer gesagt in den Zylinder, eingesteckt oder, bei einem sehr kleinen Übermaß der Laufbuchse, eingepreßt. Da der Zylinder und die Lauf buchse spielfrei aufeinander abgestimmt sind, erfordert das Einstecken oder Einpressen der Laufbuchse in den Zylinder eine gewisse Kraft, weil zwischen Laufbuchse und Zylinder eine gewisse Reibung vorliegt. Mindestens die gleiche Kraft ist aber auch erforderlich, um die Laufbuchse im Betrieb aus dem Zylinder herauszutreiben. Man hat nun beobachtet, daß die Kraft, die die Lauf buchse aus dem Zylinder herauszutreiben versucht, ab hängig ist von dem Druck, der im Inneren der Laufbuchse herrscht, mit anderen Worten dem Druck der Hydraulik flüssigkeit. Bei kleineren Drücken sind die Reibungs kräfte zwischen Kolben und Laufbuchse relativ gering. Sie reichen in der Regel nicht aus, um die Laufbuchse aus dem Zylinder herauszutreiben. Bei höheren Drücken vergrößern sich die Reibungskräfte zwischen Kolben und Laufbuchse. Aufgrund des relativ kleinen Elastizitäts moduls der Laufbuchse erfolgt aber bei diesen größeren Drücken im Innern der Laufbuchse eine Ausdehnung der Laufbuchse nach außen, was ihrerseits die Reibungskräf te zwischen Laufbuchse und Zylinder ganz erheblich ver größert. Diese Ausdehnung ist unproblematisch, weil die Laufbuchse und der Zylinder spielfrei aneinander ange paßt sind. Es entstehen dabei keine größeren Spalte zwischen der Laufbuchse und dem Kolben, die zu einer erheblichen Undichtigkeit der Maschine führen könnten. Im Grunde genommen wird die Laufbuchse aufgrund ihres kleineren Elastizitätsmoduls lediglich durch die in ihrem Innern herrschenden Drücke gegen die Innenwand des Zylinders gepreßt. Diese Kraft reicht aus, um die Reibung zwischen Laufbuchse und Zylinder so weit zu erhöhen, daß die Gefahr des Austreibens der Laufbuchse aus dem Zylinder praktisch nicht mehr besteht. Die Hal tekräfte, die die Laufbuchse im Zylinder halten, passen sich damit ohne zusätzliche Maßnahmen den Kräften an, die die Laufbuchse aus dem Zylinder heraustreiben wol len. Die Laufbuchse wird also nur dann kräftemäßig be aufschlagt, wenn dies notwendig ist. Dies schont die Laufbuchse und vergrößert die Lebensdauer.With this configuration, the liner is actually only in the basic body, more precisely in the cylinder, inserted or, with a very small excess, the Liner, pressed in. Because the cylinder and the barrel socket are matched to one another without play inserting or pressing the liner into the Cylinder some force because between the liner and cylinder has some friction. At least the same force is also required to Drive bush out of the cylinder during operation. It has now been observed that the force that runs tries to drive out of the cylinder is dependent on the pressure inside the liner prevails, in other words the pressure of the hydraulics liquid. At lower pressures the friction is Forces between piston and liner are relatively low. They are usually not enough to support the liner to drive out of the cylinder. At higher pressures the frictional forces between the piston and Liner. Because of the relatively small elasticity Module of the liner takes place with these larger ones Press an extension of the inside of the liner Liner to the outside, which in turn is the frictional force between the liner and the cylinder enlarged. This expansion is not a problem because the The liner and the cylinder are attached to one another without play fit. There are no larger gaps between the liner and the piston leading to a considerable leakage of the machine. Basically, the liner is due to its smaller modulus of elasticity only by the in internal pressure against the inner wall of the cylinder pressed. This force is sufficient to So much friction between the liner and cylinder increase the risk of expelling the liner practically no longer exists from the cylinder. The hal forces that hold the liner in the cylinder fit thus adhere to the forces without additional measures, which wants to drive the liner out of the cylinder len. The liner will then only be strong serves if necessary. This protects the Liner and extends the life.

Vorzugsweise ist die Laufbuchse über eine Preßpassung mit dem Grundkörper verbunden. Hierbei wird bereits beim Einsetzen der Laufbuchse eine relativ große Halte kraft zwischen dem Grundkörper und der Laufbuchse er reicht, die aber im Betrieb durch die im Innern der Laufbuchse auftretenden hydraulischen Drücke noch ver größert werden kann. Die Betriebssicherheit der Maschi ne wird dadurch weiter vergrößert.The liner is preferably a press fit connected to the base body. This is already a relatively large hold when inserting the liner force between the base body and the liner enough, but in operation by the inside of the Hydraulic bushing occurring ver still can be enlarged. The operational safety of the machine ne is thereby further enlarged.

Vorzugsweise ist das Elastizitätsmodul des Kunststoffs etwa um den Faktor 10 kleiner als der von nicht rosten dem Stahl. Bei einem derart kleinen Elastizitätsmodul reichen auch relativ kleine Drücke aus, um die Lauf buchse mit der notwendigen Kraft gegen die Innenwand des Zylinders zu pressen. Die Laufbuchse setzt dieser Kraft dann keinen größeren Widerstand entgegen.The modulus of elasticity of the plastic is preferably about 10 times smaller than that of not rusting the steel. With such a small modulus of elasticity even relatively small pressures are sufficient to run bush with the necessary force against the inner wall of the cylinder. This sets the liner Then do not oppose greater resistance.

Mit Vorteil weist die Laufbuchse eine Wandstärke auf, die kleiner als 1,5 mm ist. Die Laufbuchse wird also relativ dünn gewählt. Auch dies trägt dazu bei, daß die im Innern der Laufbuchse, also im von Laufbuchse und Kolben umgrenzten Arbeitsraum, herrschenden Drücke mehr oder weniger vollständig dazu verwendet werden können, daß die Laufbuchse an die Innenwand des Zylinders ge preßt wird.The liner advantageously has a wall thickness which is less than 1.5 mm. So the liner is chosen relatively thin. This also contributes to the fact that inside the liner, i.e. in the liner and Pistons delimited work space, prevailing pressures or less can be used entirely that the bushing ge on the inner wall of the cylinder is pressed.

Vorzugsweise weist die Laufbuchse an einer Stirnseite einen umlaufenden Vorsprung auf, dessen stirnseitige Endfläche senkrecht zur Achse der Laufbuchse verläuft. Dieser Vorsprung dient im wesentlichen dazu, die Lauf buchse in den Grundkörper hineinzudrücken. Auch bei dünnwandigen Laufbuchsen steht dann die notwendige Kraftangriffsfläche zur Verfügung. Dadurch, daß die stirnseitige Endfläche senkrecht zur Achse der Lauf buchse verläuft, läßt sich über diese Stirnfläche die Eindrückkraft aufbringen ohne, daß die Gefahr besteht, daß sich der Durchmesser der Laufbuchse ändert oder sich die Laufbuchse in unerwünschter Weise verformt.The liner preferably has an end face a circumferential projection on the front End surface runs perpendicular to the axis of the liner. This lead essentially serves to run push the bushing into the body. Also at thin-walled liners is then the necessary Force application area available. Because the end face perpendicular to the axis of the barrel runs bushing, can be on this face Apply indentation force without the danger that the diameter of the liner changes or the liner deforms undesirably.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich nung beschrieben. Hierin zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch einen Grundkör per mit Laufbuchse.The invention is preferred below on the basis of one th embodiment in connection with the drawing described. Herein shows the only figure a cross section through a basic body per with liner.

Von einer hydraulischen Maschine ist in der Figur le diglich ein Grundkörper 1 im Ausschnitt dargestellt. Der Grundkörper 1 kann beispielsweise bei einer hydrau lischen Axialkolbenmaschine durch die Zylindertrommel gebildet werden. Der Grundkörper 1 weist mindestens einen Zylinder 2 auf, der beispielsweise durch eine durchgehende Bohrung gebildet sein kann. Selbstver ständlich kann man den Zylinder 2 aber auch auf andere Weise bereits beim Herstellen des Grundkörpers 1 ferti gen. Im Zylinder 2 ist eine Laufbuchse 3 angeordnet, in der ein Kolben 4 hin- und herbewegbar ist.A basic body 1 of a hydraulic machine is shown in detail in the figure. The base body 1 can be formed, for example, in a hydrau lic axial piston machine by the cylinder drum. The base body 1 has at least one cylinder 2 , which can be formed, for example, by a continuous bore. Of course, you can ferti gene cylinder 2 but also in another way already during the manufacture of the base body 1. In the cylinder 2 , a liner 3 is arranged in which a piston 4 is reciprocable.

Die Laufbuchse 3 ist aus einem Kunststoff gebildet, der mit dem Material des Kolbens 4 reibungsarm zusammen wirkt. Als Kunststoff für die Laufbuchse kommen insbe sondere Werkstoffe aus der Gruppe der hochfesten ther moplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryl etherketonen, insbesondere Polyetheretherketonen, Po lyamiden, Polyacetalen, Polyarylether, Polyethylenter ephtalaten, Polyphenylensulfiden, Polysulfonen, Poly ethersulfonen, Polyetherimiden, Polyamidimid, Polyacry laten, Phenol-Harzen, wie Novolack-Harzen, oder ähnli ches in Betracht, wobei als Füllstoffe Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff, insbesondere in Faserform, verwendet werden können. Als weiteres Krite rium für die Auswahl des Kunststoffs ist hier aller dings zu beachten, daß er ein relativ kleines Elastizi tätsmodul hat. Das Elastizitätsmodul sollte etwa um den Faktor 10 kleiner sein als das von nicht rostendem Stahl. Auf jeden Fall muß es wesentlich kleiner sein als das Elastizitätsmodul des Grundkörpers 1.The liner 3 is formed from a plastic which interacts with the material of the piston 4 with little friction. As a plastic for the liner come in particular special materials from the group of high-strength thermoplastic plastics based on polyaryl ether ketones, in particular polyether ether ketones, polyamides, polyacetals, polyaryl ethers, polyethylene terephthalates, polyphenylene sulfides, polysulfones, poly ether sulfones, polyether imides, polyamide imide, polyamide imide , Phenol resins, such as novolack resins, or the like, wherein glass, graphite, polytetrafluoroethylene or carbon, in particular in fiber form, can be used as fillers. As a further criterion for the selection of the plastic, it should be noted here, however, that it has a relatively small elasticity module. The modulus of elasticity should be about 10 times smaller than that of stainless steel. In any case, it must be significantly smaller than the modulus of elasticity of the base body 1 .

Die Wandstärke der Laufbuchse 3 ist relativ klein. Sie liegt unter 1,5 mm. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat sie eine Dicke von etwa 0,7 mm.The wall thickness of the liner 3 is relatively small. It is less than 1.5 mm. In the present exemplary embodiment, it has a thickness of approximately 0.7 mm.

An einem stirnseitigen Ende weist die Laufbuchse einen umlaufenden Vorsprung 5 auf, dessen stirnseitige End fläche 6 senkrecht zur Achse der Laufbuchse 3 verläuft. Die Achse entspricht der Richtung, in der sich der Kol ben 4 hin- und herbewegt.At one end, the liner has a circumferential projection 5 , the end face 6 of which extends perpendicular to the axis of the liner 3 . The axis corresponds to the direction in which the Kol ben 4 moves back and forth.

Der Außendurchmesser der Laufbuchse 3 und der Innen durchmesser des Zylinders 2 sind so aufeinander abge stimmt, daß die beiden Teile spielfrei zusammenpassen. Eine noch bessere Haltekraft erreicht man, wenn die Laufbuchse 3 und der Grundkörper 1 mit einer Preßpas sung miteinander verbunden sind. In diesem Fall ist der Außendurchmesser der Laufbuchse 3 geringfügig (1/100- 1/10) größer als der Innendurchmesser des Zylinders 2. In jedem Fall dient die Endfläche 6 des Vorsprungs 5 dazu, auch eine relativ dünne Laufbuchse 3 in den Zy linder 2 einpressen zu können.The outer diameter of the liner 3 and the inner diameter of the cylinder 2 are so mutually coordinated that the two parts fit together without play. An even better holding force is achieved if the liner 3 and the base body 1 are connected to one another with a press fit solution. In this case, the outer diameter of the liner 3 is slightly (1 / 100-1 / 10) larger than the inner diameter of the cylinder 2 . In any case, the end face 6 of the projection 5 serves to be able to press a relatively thin bushing 3 into the cylinder 2 as well.

Im Betrieb versuchen Reibungskräfte, die zwischen dem Kolben 4 und der Laufbuchse 3 entstehen, die Laufbuchse 3 aus dem Grundkörper 1 herauszudrücken oder zu ziehen. Man hat nun allerdings beobachtet, daß diese Reibungs kräfte abhängig sind von dem Druck, der im Innern der Laufbuchse, also in einem von der Laufbuchse 3 und dem Kolben 4 (und gegebenenfalls einer Stirnwand) umgrenz ten Arbeitsraums 8. Bei kleinen Drücken (die Drücke sollen hier durch das Pfeilkreuz 7 symbolisiert sein), sind die Reibungskräfte zwischen Kolben 4 und Laufbuch se 3 relativ klein. Bei größeren Drücken erhöhen sie sich. Aufgrund des kleinen Elastizitätsmoduls führen aber die höheren Drücke 7 dazu, daß die Laufbuchse 3 an den Grundkörper 1, genauer gesagt an die Innenwand des Zylinders 2 gepreßt wird. Hierdurch erhöhen sich die Reibungskräfte zwischen Laufbuchse 3 und Grundkörper 1 gleichlaufend mit den Reibungskräften, die versuchen, die Laufbuchse 3 aus dem Grundkörper 1 herauszutreiben. Unterstützt wird dieses Verhalten der Laufbuchse noch durch die relativ dünne Wandstärke. Die Druckkräfte können also mehr oder weniger ungehindert die Laufbuch se gegen den Grundkörper pressen. Hierdurch ergibt sich eine ausreichend feste Verbindung. Die Verbindung weist auch die nötige Dichtigkeit auf.In operation, frictional forces that arise between the piston 4 and the liner 3 try to push or pull the liner 3 out of the base body 1 . However, it has now been observed that these frictional forces are dependent on the pressure inside the liner, that is, in one of the liner 3 and the piston 4 (and possibly an end wall) bounding the working space 8 . At low pressures (the pressures should be symbolized here by the arrow cross 7 ), the frictional forces between the piston 4 and the sleeve 3 are relatively small. At higher pressures, they increase. Due to the small modulus of elasticity, however, the higher pressures 7 result in the liner 3 being pressed against the base body 1 , more precisely against the inner wall of the cylinder 2 . As a result, the frictional forces between the liner 3 and the base body 1 increase in parallel with the frictional forces which try to drive the liner 3 out of the base body 1 . This behavior of the liner is supported by the relatively thin wall thickness. The compressive forces can press the liner se against the base body more or less unhindered. This results in a sufficiently firm connection. The connection also has the necessary tightness.

Claims

1. Hydraulic piston machine with at least one cylinder arranged in a base body, in which a liner made of a plastic is arranged, characterized in that the outer diameter of the liner ( 3 ) and the inner diameter of the cylinder ( 2 ) are matched to one another without play and the plastic a much smaller elasticity module than the base body ( 1 ) in such a way that between the sleeve ( 3 ) and the base body ( 1 ) with increasing operating pressure inside the sleeve ( 3 ), a higher frictional force.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the bushing ( 3 ) is connected to the base body ( 1 ) via an interference fit.

3. Machine according to claim 1 or 2, characterized records that the elastic modulus of the plastic is about 10 times smaller than that of not rusting steel.

4. Machine according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bushing ( 3 ) has a wall thickness which is less than 1.5 mm.

5. Machine according to one of claims 1 to 4, characterized in that the bushing ( 3 ) on one end face has a circumferential projection ( 5 ), the end face ( 6 ) of which extends perpendicular to the axis of the bushing.