DE19523828C1 - Hydraulische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenma­ schine mit einer Zylindertrommel, die relativ zu einem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Umfang der Zylindertrommel und dem Gehäuse ein Lager mit einer Gleitfläche angeordnet ist.

Eine derartige Maschine ist beispielsweise aus DE 43 01 120 A1, DE 43 01 133 A1, DE 43 01 119 A1, DE 40 35 748 A1 oder DE-OS 20 11 415 bekannt.

Im Zuge eines zunehmenden Umweltbewußtseins ist man bei hydraulischen Maschinen bestrebt, die zumeist giftigen Hydrauliköle durch andere Flüssigkeiten zu ersetzen. Besondere Vorteile verspricht man sich hierbei von der Verwendung von Wasser als Hydraulikflüssigkeit.

Die in der Vergangenheit verwendeten Hydrauliköle haben jedoch den Vorteil, daß sie nicht nur als Hydraulikme­ dium dienen, sondern gleichzeitig schmierende Eigen­ schaften aufweisen, die die Reibung zwischen bewegten Teilen der hydraulischen Maschine herabsetzen. Diese schmierende Eigenschaft kann von vielen anderen Flüs­ sigkeiten, insbesondere von Wasser, nicht in dem be­ kannten Ausmaß zur Verfügung gestellt werden.

Man hat daher bereits vorgeschlagen, an bestimmten Funktionselementen der Maschine, die durch Reibung be­ aufschlagt werden, reibungsvermindernde Kunststoffe einzusetzen, siehe beispielsweise DE 43 01 119 A1, DE 43 01 120 A1 oder DE 43 01 133 A1. Diese Kunststoffe bilden dann einen Teil einer Reibungsfläche, bei denen die gegeneinander bewegten Teile reibungsarm aneinander gleiten. Die Verwendung derartiger Kunststoffe ist je­ doch nicht unproblematisch. Insbesondere sind die Kunststoffe nur begrenzt druck- und temperaturbelast­ bar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Axialkolbenmaschine auch mit einer Flüssigkeit betreiben zu können, die nicht so gut schmiert wie Hy­ drauliköl.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Axialkolben­ maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Gleitfläche durch einen reibungsvermindernden Kunststoff gebildet ist und mindestens eine mit minde­ stens einem axialen Rand der Gleitfläche in Verbindung stehende Ausnehmung aufweist.

Bei dieser Lösung verwendet man zur Verbesserung der Gleitfähigkeit zwischen der Zylindertrommel und dem Gehäuse einen reibungsvermindernden Kunststoff, wie er bereits von anderen Anwendungen in einer hydraulischen Axialkolbenmaschine her bekannt ist. An der Position zwischen der Zylindertrommel und dem Gehäuse ist der Kunststoff der Gleitfläche allerdings einer relativ großen Belastung ausgesetzt, die normalerweise zu einer deutlichen Temperaturerhöhung der Kunststoffschicht führen kann, die unerwünscht ist. Aus diesem Grunde ist in der Gleitfläche eine Ausnehmung vorgesehen, die mit mindestens einem Rand der Gleitfläche in Verbindung steht. Das Gehäuse der Axialkolbenmaschine ist in der Regel mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt, beispielsweise mit Wasser. Wenn nun die Ausnehmung mit einem Rand der Gleitfläche in Verbindung steht, kann die Hydraulik­ flüssigkeit im Bereich des Lagers zwischen die Zylin­ dertrommel und das Gehäuse gelangen. Bei einer Drehung der Zylindertrommel gegenüber dem Gehäuse wird dann diese Hydraulikflüssigkeit mit in die Gleitfläche ver­ bracht oder eingetragen. Damit entsteht eine gewisse Flüssigkeitsströmung zwischen der Zylindertrommel und dem Gehäuse im Lagerbereich. Auch wenn die Strömung und die damit bewegten Mengen der Hydraulikflüssigkeit nur relativ klein sind, so reichen sie doch aus, um eine übermäßige Wärmeentwicklung zu verhindern. Entstehende Wärme wird durch die Flüssigkeit abtransportiert. Mög­ licherweise dient der Flüssigkeitsfilm, der sich zwi­ schen der Zylindertrommel und dem Gehäuse im Lagerbe­ reich ausbildet, auch als Schmiermittel. Diese Erschei­ nung ist aber noch nicht abschließend geklärt. Durch die Wärmeabfuhr wird die Gleitfläche und damit die Schicht des reibungsvermindernden Kunststoffs auf eine Temperatur gehalten, die den Kunststoff weniger stark beansprucht und damit die Lebensdauer der Maschine ganz beträchtlich verlängert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ausnehmung von einem Rand der Gleitfläche zum ande­ ren verläuft und die Gleitfläche durchsetzt. Bei dieser Ausbildung kann die Hydraulikflüssigkeit von beiden Seiten der Gleitfläche eindringen, was die Strömungs­ verhältnisse drastisch verbessert. Die Kühlung wird damit effektiver. Darüber hinaus kann man nun die Aus­ nehmung auch für die Entlüftung der Maschine verwenden, was insbesondere bei einer Pumpe wichtig ist, wenn sie erstmalig in Betrieb genommen wird oder nach einem Ab­ koppeln von den Hydraulikleitungen wieder in Betrieb genommen wird. Durch die Ausnehmung kann nämlich Luft, die sich unterhalb des Lagerbereichs gesammelt hat, entweichen, ohne daß zusätzliche Entlüftungsbohrungen oder -kanäle in diesem Bereich in der Maschine vorhan­ den sein müssen.

Vorzugsweise verläuft die Ausnehmung im wesentlichen parallel zur Rotationsachse. Dies verbessert die Ent­ lüftungsmöglichkeit. Darüber hinaus wird bei dieser Ausbildung der Eintrag von Flüssigkeit in die Ausneh­ mung weitgehend unabhängig von der Drehrichtung der Zylindertrommel.

Mit Vorteil sind mehrere Ausnehmungen vorgesehen. Daher kann die Flüssigkeit auch an mehreren Stellen am Umfang in den Bereich zwischen Zylindertrommel und Gehäuse vordringen, was die Wärmeabfuhr und damit die Kühlung weiter verbessert. Die Wege, die die Flüssigkeit zu­ rücklegen muß, sind kürzer.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung verbleibt ein zusammenhängender Flächenabschnitt, der sich über mindestens 120° in Umfangsrichtung erstreckt. Dieser Flächenabschnitt ist dem Bereich zwischen Gehäuse und Zylindertrommel zugeordnet, der am stärksten belastet ist. Bei hydraulischen Axialkolbenmaschinen erstreckt sich also dieser Bereich um den Punkt herum, an dem (in Axialrichtung versetzt) die Schrägscheibe ihren tief­ sten Punkt, d. h. ihre größte Entfernung von der Zylin­ dertrommel hat. Dorthin richtet sich nämlich die Hang­ abtriebskraft, die die Schrägscheibe auf die Zylinder­ trommel über die Kolben, die in der Zylindertrommel auf und abbewegt werden, ausübt. Dadurch, daß dieser Be­ reich ohne Unterbrechungen durch eine Ausnehmung zusam­ menhängend vorliegt, ist er in der Lage, die größten Kräfte, die zwischen Zylindertrommel und Gehäuse wir­ ken, aufzunehmen. Der Flüssigkeitseintrag durch Ausneh­ mungen, die diesen zusammenhängenden Flächenabschnitt begrenzen, reicht aus, um die Wärme im erforderlichen Ausmaß abzuführen bzw. die Schmierung durch einen Gleitfilm zu verbessern.

Vorzugsweise erstreckt sich eine Ausnehmung nicht über mehr als 45° in Umfangsrichtung. Die Zylindertrommel ist also über ihren Umfang immer ausreichend abge­ stützt. Für einen ortsfesten Betrieb in einer vorgege­ benen Stellung würde es im Grunde genommen ausreichen, eine Abstützung in dem Bereich vorzusehen, in dem die Schrägscheibe ihren tiefsten Punkt hat. Sobald jedoch die Maschine bewegt wird, sei es zu Transportzwecken oder in einem nicht ortsfesten Betrieb, oder in einer von der vorgegebenen Stellung (beispielsweise vertikal) abweichende Stellung betrieben wird, ist eine weiterge­ hende Halterung der Zylindertrommel gegenüber dem Ge­ häuse erforderlich, die durch die Beschränkung der Aus­ nehmungen auf eine gewisse Größe sichergestellt wird.

Auch ist bevorzugt, daß die Summe der Breiten der Aus­ nehmungen in Umfangsrichtung kleiner als 120° ist. Man erreicht damit tatsächlich eine sehr präzise Lagerung der Zylindertrommel im Gehäuse, auch wenn durch die Ausnehmungen die Möglichkeit geschaffen wird, das Flüs­ sigkeit in den Bereich zwischen Zylindertrommel und Gehäuse vordringt.

Vorzugsweise weist das Gehäuse zumindest über einen Teil seiner Länge einen annähernd rechteckigen Außen­ querschnitt auf, wobei mindestens eine Ausnehmung so angeordnet ist, daß sie im Bereich der kleinsten Gehäu­ sedicke liegt. Die unterschiedlichen Gehäusedicken er­ geben sich dadurch, daß die Zylindertrommel einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Dementsprechend muß auch die Gleitfläche einen kreisrunden Querschnitt ha­ ben. Damit ergeben sich bei einem rechteckigen Außen­ querschnitt zwei Bereiche, in denen das Gehäuse seine kleinste Dicke hat. Bei einem rechteckigen Gehäusequer­ schnitt kann der eine Minimalbereich der Gehäusedicke etwas größer als der andere sein. Bei einem quadrati­ schen Querschnitt sind diese beiden Gehäusedicken gleich. Vielfach werden die Maschinen dieser Art so montiert, daß eine ihrer Gehäuseseiten waagrecht und eine andere senkrecht steht. Wenn man nun die Ausneh­ mung so ausrichtet, daß sie sich im Bereich der kleinsten Gehäusedicke befindet, kann man die Maschine auf jeden Fall so montieren, daß die Ausnehmung in Schwerkraftrichtung oben liegt, was die Entlüftung der Maschine durch diese Ausnehmung wiederum erleichtert. Wenn man zwei Ausnehmungen vorsieht, die im wesentli­ chen um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, kann man die Maschine sogar auf mehrere verschiedene Arten einbauen und trotzdem die Entlüftung gewährlei­ sten.

Vorzugsweise weist eine Übergangslinie von der Ausneh­ mung zu der Gleitfläche eine Form aus einer Kurvenschar auf, die einerseits von einer Kreislinie und anderer­ seits von einer unter einem Winkel von etwa 45° zur Tangente verlaufenden Geraden begrenzt ist, wobei Über­ gänge in die Gleitfläche abgerundet sind. Es sind also keine scharfen Kanten oder Gerade vorhanden, die das Lager eventuell zerstören könnten. Durch die beschrie­ bene Form wird das Wasser bei der Drehung der Zylinder­ trommel gegenüber dem Gehäuse unter einem gewissen Druck in den Bereich zwischen Zylindertrommel und Ge­ häuse eingetragen, so daß die gewünschte Wärmeabfuhr gewährleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein offenes Gehäuse von der Stirnseite her und

Fig. 2 einen Schnitt II-II nach Fig. 1.

Von einer hydraulischen Axialkolbenmaschine ist in Fig. 1 und 2 ein Gehäuse 1 dargestellt, in dem eine in Fig. 2 nur gestrichelt eingezeichnete Zylindertrommel 2 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Gehäuse 1 und der Zylindertrommel 2 ist ein Lager 3 mit einer Gleitfläche 4 aus einem reibungsvermindernden Kunststoff angeord­ net. Die Zylindertrommel 2 liegt an dieser Gleitfläche 4 an.

Als reibungsvermindernder Kunststoff wird vorzugsweise ein hochfester thermoplastischer Kunststoff verwendet, der aus der Gruppe der Polyaryletherketone, insbesonde­ re Polyetheretherketone, Polyamide oder Polyamidimide gewählt ist. Der Kunststoff kann durch Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff verstärkt sein, wobei diese Verstärkung in Faserform vorliegt. Grund­ sätzlich reicht es aus, wenn die Oberfläche des Lagers 3 aus diesem Kunststoff besteht. Es ist aber in vielen Fällen wünschenswert, wenn das gesamte Lager 3 aus die­ sem Kunststoff besteht. In diesem Fall ist die Gefahr, daß sich die Gleitfläche 4 vom Lager 3 ablöst, nicht mehr vorhanden.

Die Gleitfläche 4 weist drei Ausnehmungen 5, 6, 7 auf, die sich von einem axialen Rand der Gleitfläche 4 zum anderen erstrecken und somit die Gleitfläche durchset­ zen. Die Ausnehmungen 5, 6, 7 sind gebildet durch eine Verringerung der Dicke des Lagers 3. Sie verlaufen im wesentlichen parallel zur Rotationsachse 8 der Zylin­ dertrommel 2.

In der Gleitfläche 4 verbleibt aber ein zusammenhängen­ der Flächenabschnitt 9, der sich über einen Winkel a von mindestens 120° in Umfangsrichtung erstreckt. Die­ ser Flächenabschnitt 9 befindet sich in einem Bereich, in dem auch der tiefste Punkt einer nicht näher darge­ stellten Schrägscheibe liegt. Der tiefste Punkt der Schrägscheibe ist der Punkt, an dem die Schrägscheibe ihren größten Abstand von der Zylindertrommel 2 hat. Aufgrund der Hangabtriebskraft, den die Schrägscheibe auf die Zylindertrommel 2 über die ebenfalls nicht nä­ her dargestellten Kolben ausübt, wird die Zylindertrom­ mel 2 gerade in diesem Bereich gegen die Gleitfläche gepreßt.

Um aber die Lage der Zylindertrommel 2 im Gehäuse 1 in jedem Fall genau bestimmen zu können, sind weitere La­ gerabschnitte 10 und 11 vorgesehen, die die Zylinder­ trommel 2 auch in andere Richtungen abstützen.

Um eine ausreichende Abstützung zu gewährleisten ist vorgesehen, daß die Breite der größten Ausnehmung 7 in Umfangsrichtung einen Winkel von 45° nicht übersteigt. Insgesamt sollte die Summe der Breiten der Ausnehmungen 5, 6, 7 in Umfangsrichtung einen Winkel von 120° nicht übersteigen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, hat das Gehäuse 1 einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt, während die Ausnehmung 14, die die kreisrunde Zylindertrommel auf­ nimmt, einen kreisförmigen Querschnitt hat. Es ergeben sich damit Abschnitte, in denen sich die Ausnehmung 14 der Außenwand des Gehäuses 1 stärker annähert als an anderen Abschnitten. In diesen Bereichen hat die Gehäu­ sewand ihre geringste Dicke. Bei einem rechteckigen Gehäuse gibt es zwar unterschiedliche Dicken in diesen Bereichen. Trotzdem läßt sich ein derartiger Abschnitt, der in Fig. 1 beispielsweise mit den Bezugszeichen 12 und 13 versehen ist, als Abschnitt mit kleinster Gehäu­ sedicke definieren.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, befinden sich nun die Ausnehmungen 6 und 7 in den Bereichen 12, 13 mit der kleinsten Gehäusedicke. Da eine derartige Axialkolben­ maschine vielfach so montiert wird, daß ihre Außensei­ ten waagrecht oder senkrecht verlaufen, läßt sich durch diese Ausgestaltung erreichen, daß die Ausnehmungen 6 oder 7 in Schwerkraftrichtung immer oben liegen. Luft, die sich in der Ausnehmung 14 sammelt, die die Zylin­ dertrommel 2 aufnimmt, kann dann vor dem Inbetriebneh­ men des Motors, insbesondere wenn er als Pumpe ausge­ bildet ist, leicht durch die Ausnehmungen 6 oder 7 an der Zylindertrommel entweichen. Diese Ausgestaltung erleichtert also das Entlüften der Maschine ganz erheb­ lich.

Der Übergang zwischen den Ausnehmungen 5, 6, 7 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Für die Ausnehmung 5 ist der Übergang in Form einer Kreislinie 15 dargestellt, wobei beim Übergang von der Kreislinie 15 in die Gleit­ fläche 4 Kanten oder Geraden vermieden werden. Diese Übergänge sind abgerundet. Weiterhin kann der Übergang durch eine Gerade 16 erfolgen, die unter einem Winkel von etwa 45° zur Tangente an die Gleitfläche 4 ver­ läuft, wie dies beispielhaft für die Ausnehmung 6 dar­ gestellt ist. Die Kreislinie 15 und die Gerade 16 bil­ den die Grenzen für eine Kurvenschar, aus der die Über­ gangslinie zwischen Ausnehmungen 5, 6, 7 und Gleitflä­ che 4 ausgewählt werden kann. Es handelt sich also im­ mer um einen konkaven oder geradlinigen Aufbau dieser Übergangslinie nicht jedoch um einen konvexen Übergang. Damit wird erreicht, daß die Hydraulikflüssigkeit, bei­ spielsweise Wasser, die in die Ausnehmungen 5, 6, 7 problemlos eindringen kann, auch in den Bereich zwi­ schen der Zylindertrommel 2 und der Gleitfläche 4 ein­ getragen werden kann und dort für die Abfuhr von Wärme verwendet werden kann.

Die Ausnehmungen 5, 6, 7 haben darüber hinaus den Vor­ teil, daß mögliche Druckunterschiede um das Lager herum ausgeglichen werden kann. Eine einseitige Belastung des Lagers wird dadurch vermieden.

Die Ausnehmungen 5, 6, 7 im Lager 3 können bereits beim Gießen des Lagers erzeugt werden. Sie können auch spä­ ter auf eine der bekannten materialabhebenden oder son­ stigen Verformungsarten erzeugt werden.

Selbstverständlich können auch noch mehr Ausnehmungen 5, 6, 7 vorgesehen werden, wobei sich die Anzahl drei als ausreichend erwiesen hat.

Claims (9)

1. Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Zylin­ dertrommel, die relativ zu einem Gehäuse drehbar gelagert ist, wobei zwischen dem Umfang der Zylin­ dertrommel und dem Gehäuse ein Lager mit einer Gleitfläche angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (4) durch einen reibungsvermin­ dernden Kunststoff gebildet ist und mindestens eine mit mindestens einem axialen Rand der Gleitfläche (4) in Verbindung stehende Ausnehmung (5, 6, 7) aufweist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (5, 6, 7) von einem Rand der Gleitfläche (4) zum anderen verläuft und die Gleit­ fläche (4) durchsetzt.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmung (5, 6, 7) im wesentli­ chen parallel zur Rotationsachse (8) verläuft.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausnehmungen (5, 6, 7) vorgesehen sind.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammenhängender Flächen­ abschnitt (9) verbleibt, der sich über mindestens 120° in Umfangsrichtung erstreckt.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine Ausnehmung (5, 6, 7) nicht über mehr als 45° in Umfangsrichtung er­ streckt.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Breiten der Aus­ nehmungen (5, 6, 7) in Umfangsrichtung kleiner als 120° ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) zumindest über einen Teil seiner Länge einen annähernd rechtecki­ gen Außenquerschnitt aufweist, wobei mindestens eine Ausnehmung (6, 7) so angeordnet ist, daß sie im Bereich (12, 13) der kleinsten Gehäusedicke liegt.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Übergangslinie (15, 16) von der Ausnehmung (5, 6, 7) zu der Gleitfläche (4) eine Form aus einer Kurvenschar aufweist, die ei­ nerseits von einer Kreislinie (15) und andererseits von einer unter einem Winkel von etwa 45° zur Tan­ gente verlaufenden Geraden (16) begrenzt ist, wobei Übergänge in die Gleitfläche (4) abgerundet sind.