DE4301121A1 - Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Schrägscheibe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenma­ schine mit einer Schrägscheibe, auf der ein Gleitschuh mindestens eines Kolbens bei einer Relativdrehung zwi­ schen einem den Kolben aufnehmenden Zylinderkörper und der Schrägscheibe gleitet, und mit einer am Zylinder­ körper gelenkig angeordneten Druckplatte, die den Gleitschuh in Anlage an die Schrägscheibe hält.

Bei Maschinen dieser Art wird bei einer Drehung des Zylinderkörpers gegenüber der Schrägscheibe oder bei einer Drehung der Schrägscheibe gegenüber dem Zylinder­ körper die Kolben axial bewegt. Beim Druckhub, also bei einer Verkleinerung des durch den Kolben bewegten Zy­ linders, übt die Schrägscheibe einen Druck auf den Gleitschuh aus. Bei einem Saughub muß hingegen die Druckplatte den Gleitschuh in Anlage an der Schräg­ scheibe halten. Entsprechend der axialen Hin- und Her­ bewegungen des Kolbens muß die Druckplatte hin- und herkippen, wobei der Kippwinkelbereich beispielsweise von etwa -15° bis etwa +15° reicht. Bei jeder Umdrehung muß der gesamte Kippwinkelbereich einmal in positiver und einmal in negativer Richtung durchlaufen werden.

Da die gelenkige Verbindung zwischen dem Zylinderkörper und der Druckplatte erhebliche Kräfte aufnehmen muß, entsteht hier eine erhebliche Reibung. Um die durch die Reibung bedingten Verluste und den Verschleiß nicht zu groß werden zu lassen, ist es bekannt, diese Gelenkver­ bindung zu schmieren. Hierzu wird in der Regel das oh­ nehin vorhandene Öl, das als Hydraulikflüssigkeit dient, verwendet. Dies führt jedoch zu dem Nachteil, daß man bei der Auswahl der Hydraulikflüssigkeiten auf Hydrauliköle beschränkt ist. Sogar hier ist die Auswahl nicht unbeschränkt möglich, da nicht alle Öle die glei­ chen guten Schmiereigenschaften besitzen. Man ist daher in der Vergangenheit mehr und mehr dazu übergegangen, synthetische Öle zu verwenden, die aber unter dem Ge­ sichtspunkt der Umweltverträglichkeit zunehmend kriti­ scher betrachtet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Axialkolbenmaschine auch mit einer Hydrau­ likflüssigkeit betreiben zu können, die schlechtere oder gar keine Schmierungseigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer hydraulischen Axialkolben­ maschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zwischen Druckplatte und Zylinderkörper ein Lagerele­ ment mit einer Lauffläche aus Kunststoff angeordnet ist, der an einem an der Lauffläche anliegenden Gegen­ stück aus Metall reibungsarm gleitet.

Die Schmierfunktion, die sonst von einem laufend frisch zugeführten Hydraulikfluid, beispielsweise einem Öl, wahrgenommen wurde, wird nun ersetzt durch die Verwen­ dung eines Maschinenelements, nämlich des Lagerele­ ments, das mit dem Gegenstück reibungsarm zusammen­ wirkt. Da der Kunststoff lediglich im Lagerelement vor­ gesehen ist, kann die Maschine mit den gleichen Kräften wie bisher auch beaufschlagt werden. Die mechanische Stabilität wird durch das Lagerelement praktisch nicht beeinflußt, insbesondere dann nicht, wenn das Lagerele­ ment im Vergleich zu den übrigen Teilen nur eine rela­ tiv kleine Ausdehnung aufweist. In diesem Fall kann die Festigkeit und Stabilität nach wie vor durch die Aus­ bildung der Druckplatte bzw. des Zylinderkörpers be­ stimmt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Lagerele­ ment aus Kunststoff gebildet. Eine Begrenzungsfläche des Lagerelements bildet dann die Lauffläche. Ein der­ artiges Lagerelement läßt sich relativ einfach ferti­ gen.

Bevorzugterweise ist der Kunststoff aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere Polyetherether­ ketonen, Polyamiden, Polyacetalen, Polyarylether, Poly­ ethylenterephtalaten, Polyphenylensulfiden, Polysulfo­ nen, Polyethersulfonen, Polyetherimiden, Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol-Harzen, wie Novolack-Harzen, ge­ wählt. Derartige Kunststoffe können mit Metallen rela­ tiv reibungsarm zusammenwirken, auch wenn eine Schmie­ rung durch Öl nicht vorhanden ist.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Kunststoff einen Füll­ stoff aus Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff, insbesondere in Faserform, aufweist. Durch eine derartige Faserfüllung läßt sich die Festigkeit des Lagerelementes weiter erhöhen.

Bevorzugterweise weist das Gegenstück eine sphärische konvexe Oberfläche und die Lauffläche eine entsprechen­ de konkave Oberfläche auf. Das Gegenstück bildet also zusammen mit dem Lagerelement ein Kugelgelenk, wobei das Gegenstück die Kugel und das Lagerelement die Hohl­ kugel bildet. Hierbei ist natürlich keine vollständige Kugel bzw. Hohlkugel vorgesehen. Es reicht aus, wenn entsprechende ringförmige Kugelflächenabschnitte vor­ handen sind, die aneinander gleiten. Da das Gegenstück innen und das Lagerelement außen liegt, läßt sich ein Austausch des Lagerelements, falls dieser notwendig werden sollte, relativ einfach durchführen.

Bevorzugterweise ist die Oberfläche des Gegenstücks größer als die Lauffläche. Das Lagerelement gleitet also, gegebenenfalls abgesehen von den Randbereichen, immer flächig auf dem Gegenstück. Die Belastung der Lauffläche kann dadurch sehr gleichmäßig gehalten wer­ den. Das Gegenstück kann sich nicht in die Lauffläche eindrücken.

Bevorzugterweise ist die Tangente an die Oberfläche des Gegenstücks an dem der Schrägscheibe abgewandten Ende im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Zylin­ derkörpers gerichtet. Die auf das Lagerelement wirken­ den Kräfte sind dann im wesentlichen radial nach außen gerichtet und können somit relativ leicht aufgefangen werden, ohne daß Lagerelement extrem groß oder dick dimensionieren zu müssen.

Bevorzugterweise ist das Lagerelement zumindest über einen Teil seiner Höhe ringförmig von der Druckplatte umschlossen. Die auf das Lagerelement wirkenden radia­ len Kräfte können dann von der Druckplatte aufgefangen werden. Man vermeidet hierdurch, daß die aus Lagerele­ ment und Druckplatte bestehende Kombination zu dick wird. Trotzdem ermöglicht man, daß diese Kombination in ausreichendem Maße Kräfte aufnehmen kann.

Auch ist bevorzugt, daß die Druckplatte mindestens eine im wesentlichen parallel zu ihrer Flächenausdehnung verlaufende und weg von der Schrägscheibe weisende An­ lagefläche und das Lagerelement eine entsprechend ange­ paßte Anlagefläche aufweist, wobei zumindest eines der beiden Teile zur Ausbildung der Anlagefläche gestuft ist. Diese Stufe, genauer gesagt die beiden aneinander liegenden Anlageflächen, können dann auch axial wirken­ de Kräfte aufnehmen, so daß das Lagerelement abgestützt ist. Die Ausbildung einer Stufe ermöglicht zudem, daß das Lagerelement ringförmig von der Druckplatte um­ schlossen werden kann.

Bevorzugterweise ist das Gegenstück ringförmig ausge­ bildet und umgibt einen am Zylinderkörper mittig ausge­ bildeten Fortsatz. Das Gegenstück ist also ebenfalls als eigenes Teil ausgebildet. Man ist dann bei der Werkstoffauswahl nicht auf das Material des Zylinder­ körpers beschränkt. Der Werkstoff des Zylinderkörpers kann unter anderen Gesichtspunkten ausgewählt werden, beispielsweise der Festigkeit, während das Material des Gegenstücks bevorzugterweise unter dem Gesichtspunkt des reibungsarmen Gleitens auf der Lauffläche ausge­ wählt wird. Das Gegenstück muß dann lediglich in be­ kannter Weise auf dem Fortsatz befestigt werden.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das der Schräg­ scheibe abgewandte Ende des Gegenstücks am Außenumfang eine Zylinderform aufweist. Dies erleichtert die Her­ stellung des Gegenstücks ganz erheblich. An diesem zy­ linderförmigen Ende steht eine Angriffsfläche zur Ver­ fügung, die es gestattet, das Gegenstück in einem Werk­ zeug zu halten, während es im übrigen in seine Form gebracht wird.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß das Ende einen gegenüber dem größten Durchmesser des Gegenstücks ver­ minderten Durchmesser aufweist. Dies ermöglicht, daß die Druckplatte weiter gekippt werden kann, ohne daß die Lauffläche des Lagerelements zu große axiale Kräfte aufnehmen müßte. Hierdurch ergibt sich zwar eine un­ gleichmäßige Beanspruchung der Lauffläche, nämlich dann, wenn die Druckplatte an ein Ende des Kippbereichs gelangt. Dies ist jedoch weniger kritisch, da die Gleitschuhe in diesem Bereich ohnehin von den Kolben gegen die Schrägscheibe gedrückt werden.

Vorteilhafterweise ist der Fortsatz durch eine Welle gebildet, mit deren Hilfe der Zylinderkörper drehbar gelagert ist, wobei die Welle durch die Druckplatte hindurchgeführt ist. Diese Ausgestaltung schwächt zwar die Druckplatte, was durch die Verwendung des Lagerele­ ments aber von untergeordneter Bedeutung ist. Dieser Nachteil wird aber mehr als aufgehoben durch die Tatsa­ che, daß auf der der Druckplatte abgewandten Seite des Zylinderkörpers die Anschlüsse zur Zu- und Abfuhr der Hydraulikflüssigkeit unbehindert von der Welle angelegt werden können. Hiermit lassen sich die Anschlüsse so ausgestalten, daß nur ein sehr geringes Druckgefälle vom Anschluß bis in das Innere der Maschine erzeugt wird. Eine derartige Ausgestaltung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine relativ harte Hydraulik­ flüssigkeit, beispielsweise Wasser, verwendet wird.

Bevorzugterweise ist das Gegenstück und die Druckplatte aus Stahl gebildet. Hierdurch lassen sich sehr feste Bauteile realisieren, so daß die Druckfestigkeit be­ kannter Maschinen erreicht wird. Durch das Lagerele­ ment, das zwischen den beiden Stahlteilen angeordnet ist, wird jedoch eine Reibung Stahl auf Stahl vermie­ den, so daß der Wirkungsgrad hoch bleibt und der Ver­ schleiß begrenzt werden kann.

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

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine hydraulische Axial­ kolbenmaschine,

Fig. 2 eine Einzelheit A von Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt III-III nach Fig. 1.

Eine hydraulische Axialkolbenmaschine 1 weist einen Zylinderkörper 2 auf, in dem mehrere Zylinder 3 ange­ ordnet sind, deren Achsen sich parallel zur Achse des Zylinderkörpers 2 erstrecken. Der Zylinderkörper 3 ist fest mit einer Welle 4 verbunden, d. h. er folgt einer Drehbewegung der Welle 4.

Jeder Zylinder 3 weist eine Laufbuchse 5 auf. In der Laufbuchse 5 ist ein Kolben 6 axial verschiebbar ange­ ordnet. Die Bewegung des Kolbens 6 erfolgt über eine Schrägscheibe 7, die ortsfest im Gehäuse 12 angeordnet ist und an der sich der Kolben 6 über ein Kugelgelenk 8 mit Hilfe eines Gleitschuhs 9 abstützt. Der Gleitschuh 9 wird mit Hilfe einer Druckplatte 10 an der Schräg­ scheibe 7 gehalten.

Wenn der Zylinderkörper 2 eine volle Umdrehung durch­ führt, wird der Kolben 6 einmal hin- und herbewegt. Durch Änderung der Neigung der Schrägscheibe 7 läßt sich das Hubvolumen der Kolben 6 verändern.

Natürlich kann auch der Zylinderkörper 2 im Gehäuse 12 festgelegt sein, wenn sich die Schrägscheibe 7 dreht.

Die Druckplatte 10 ist über ein Fig. 2 näher darge­ stelltes Kugelgelenk 13 mit dem Zylinderkörper 2 gelen­ kig verbunden. Der auf die Druckplatte 10 wirkende Druck, der die Gleitschuhe 9 an der Schrägscheibe 7 hält, wird mit Hilfe einer Feder 11 erzeugt. Die Welle 4 ist durch die Druckplatte 10 hindurchgeführt.

Das Kugelgelenk 13 besteht aus einem auf einen Fortsatz 14 des Zylinderkörpers 2 aufgeschobenen ringförmigen Gegenstück 15 mit einer sphärischen konvexen Oberfläche 16. Die Oberfläche 16 bildet also einen Teil einer Ku­ geloberfläche. Der Fortsatz 14 ist zweckmäßigerweise zylinderförmig ausgestaltet. Er ist in der Mitte des Zylinderkörpers 2 und symmetrisch zu ihr angeordnet. Es ist allerdings nicht zwingend, daß der Fortsatz 14 rund ist. Er kann im Querschnitt auch die Form eines Poly­ gons aufweisen, wenn das Gegenstück 15 entsprechend ausgebildet ist. Der Fortsatz 14 ist hier durch einen Teil der Welle 4 gebildet. An seinem der Schrägscheibe 7 abgewandten Ende ist das Gegenstück 15 zylinderförmig ausgebildet, d. h. sein Außenumfang ist in einem gewis­ sen Bereich 17 konstant. Dieser Bereich 17 hat einen gegenüber dem größten Durchmesser des Gegenstücks 15 verminderten Durchmesser. Er dient bei der Herstellung zum Festhalten des Gegenstücks.

Mit dem Gegenstück 15 zusammen wirkt ein Lagerelement 18, das das Gegenstück 15 ringförmig umgibt und eine an die sphärische Form des Gegenstücks 15 angepaßte sphä­ rische Lauffläche 19 aufweist. Das Lagerelement 18 ist aus einem Kunststoff gebildet, der an dem Material des Gegenstücks 15 reibungsarm gleiten kann, auch wenn hier keine Schmierung vorgesehen wird. Geeignete Kunststoffe hierfür sind beispielsweise Polyamide, wie Nylon, Poly­ tetrafluorethylen (PTFE) oder Polyaryletherketone, wie Polyetheretherketone. Das Lagerelement 18 ist ringför­ mig von der Druckplatte 10 umgeben. Die Druckplatte weist zwei Anlageflächen 20, 21 auf, die im wesentli­ chen parallel zu ihrer Flächenausdehnung gerichtet sind. Das Lagerelement 18 weist entsprechende Anlage­ flächen auf, mit denen es an der Druckplatte 10 an­ liegt. Sowohl die Druckplatte 10 als auch das Lagerele­ ment 18 sind in diesem Bereich gestuft, so daß die Druckplatte 10 nicht nur axiale, sondern auch radiale Kräfte, die auf das Lagerelement 18 wirken, aufnehmen kann.

In der vorliegenden Ausführungsform überwiegen die ra­ dialen Kräfte die axialen Kräfte. Dies wird dadurch erreicht, daß die Tangente an die Oberfläche 16 im Be­ reich des der Schrägscheibe 7 abgewandten Endes des Gegenstücks 15 im wesentlichen parallel zur Achse 22 des Zylinderkörpers 2 ausgerichtet ist. Im wesentlichen parallel heißt hierbei, daß Abweichungen bis zu 20° zugelassen werden. Durch diese Maßnahmen werden die Bereiche des Gegenstücks 15, auf denen das Lagerelement 18 gleitet, relativ flach gehalten, d. h. die Flächen­ normalen auf die Oberfläche 16 des Gegenstücks 15 schließen mit der Achse 22 immer einen relativ großen Winkel ein. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Kraftkomponenten in Richtung der Achse 22 immer wesent­ lich kleiner sind als radiale Kraftkomponenten. Die radialen Kräfte können aber durch die das Lagerelement umgebende Druckscheibe relativ gut aufgefangen werden.

Dadurch, daß der Bereich 17 einen verkleinerten Durch­ messer hat, ist es möglich, daß das Lagerelement 18 weit genug auf dem Gegenstück 15 verschoben wird, die Druckplatte 10 also weit genug gekippt werden kann.

Sowohl das Gegenstück 15 als auch die Druckscheibe 10 können aus Metall, beispielsweise Stahl, gebildet sein, was eine hohe mechanische Festigkeit der Maschine er­ gibt und damit eine entsprechend große Druckbelastung erlaubt. Trotzdem läßt sich eine Reibung Metall auf Me­ tall durch das Lagerelement 18 verhindern. Dieses La­ gerelement 18 ermöglicht vielmehr ein relativ reibungs­ armes Gleiten der Druckplatte 10 auf dem Gegenstück 15.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt, aus der ersichtlich ist, wie das Gegenstück 15 auf dem Fortsatz 14 angeord­ net und von dem Lagerelement 18 umgeben ist.

Claims (14)

1. Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Schräg­ scheibe, auf der ein Gleitschuh mindestens eines Kolbens bei einer Relativdrehung zwischen einem den Kolben aufnehmenden Zylinderkörper und der Schräg­ scheibe gleitet, und mit einer am Zylinderkörper gelenkig angeordneten Druckplatte, die den Gleit­ schuh in Anlage an die Schrägscheibe hält, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Druckplatte (10) und Zylinderkörper (2) ein Lagerelement (18) mit einer Lauffläche (19) aus Kunststoff angeordnet ist, der an einem an der Lauffläche (19) anliegenden Gegen­ stück (15) aus Metall reibungsarm gleitet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (18) aus Kunststoff gebildet ist.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kunststoff aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere Poly­ etheretherketonen, Polyamiden, Polyacetalen, Polya­ rylether, Polyethylenterephtalaten, Polyphenylen­ sulfiden, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Poly­ etherimiden, Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol- Harzen, wie Novolack-Harzen, gewählt ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff einen Füllstoff aus Glas, Gra­ phit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff, ins­ besondere in Faserform, aufweist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück (15) eines sphä­ rische konvexe Oberfläche (16) und die Lauffläche (19) eine entsprechende konkave Oberfläche auf­ weist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (16) des Gegenstücks (15) größer als die Lauffläche (19) ist.

7. Maschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tangente an die Oberfläche (16) des Gegenstücks (15) an dem der Schrägscheibe (7) abgewandten Ende im wesentlichen parallel zur Rota­ tionsachse (22) des Zylinderkörpers (2) gerichtet ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (18) zumindest über einen Teil seiner Höhe ringförmig von der Druckplatte (10) umschlossen ist.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (10) mindestens eine im wesentlichen parallel zu ihrer Flächenaus­ dehnung verlaufende und weg von der Schrägscheibe (7) weisende Anlagefläche (20, 21) und das Lager­ element (18) eine entsprechend angepaßte Anlageflä­ che aufweist, wobei zumindest eines der beiden Tei­ le (10, 18) zur Ausbildung der Anlagefläche gestuft ist.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück (15) ringförmig ausgebildet ist und einen am Zylinderkörper (2) mittig ausgebildeten Fortsatz (14) umgibt.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das der Schrägscheibe (7) abgewandte Ende (17) des Gegenstücks (15) am Außenumfang eine Zylinder­ form aufweist.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende (17) einen gegenüber dem größten Durchmesser des Gegenstücks (15) verminderten Durchmesser aufweist.

13. Maschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Fortsatz (14) durch eine Welle (4) gebildet ist, mit deren Hilfe der Zylinderkörper (2) drehbar gelagert ist, wobei die Welle (4) durch die Druckplatte (10) hindurchge­ führt ist.

14. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück (15) und die Druckplatte (10) aus Stahl gebildet sind.