DE4301126A1 - Verfahren zum Montieren einer Laufbuchse in einem Grundkörper einer hydraulischen Maschine und hydraulische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Montieren ei­ ner Laufbuchse in einem Grundkörper einer hydraulischen Maschine, bei dem die Laufbuchse in eine mit einer Nut in der Innenwand versehenen Zylinderbohrung eingesetzt wird, und eine hydraulische Maschine mit einer in einer Zylinderbohrung eines Grundkörpers angeordneten Lauf­ buchse, wobei die Zylinderbohrung mindestens eine In­ nenwand-Nut aufweist.

Der Grundkörper einer derartigen hydraulischen Maschine kann beispielsweise durch die Zylindertrommel einer nach dem Axialkolben-Prinzip arbeitenden Maschine, d. h. eines Axialkolben-Motors oder einer Axialkolben-Pumpe, gebildet sein. Bei derartigen Maschinen sind die Gleit­ flächen in den Zylindern, in denen sich Kolben hin- und herbewegen, durch hohe Gleitgeschwindigkeiten und große Lagerdrücke sehr stark beansprucht. Solchen starken Beanspruchungen können nur geeignete Werkstoffpaarungen standhalten. Es ist deswegen aus DE-AS 12 67 985 be­ kannt, Laufbuchsen in den Grundkörper einzusetzen, um geeignete Werkstoffpaarungen zwischen Kolben und Zylin­ der erreichen zu können. Hierbei kann die Laufbuchse unter dem Gesichtspunkt der optimalen Gleiteigenschaft im Zusammenwirken mit dem Kolben gewählt werden, wäh­ rend das Material des Grundkörpers unter anderen Ge­ sichtspunkten ausgewählt werden kann, beispielsweise im Hinblick auf die Fertigkeit. Die Laufbuchse der bekann­ ten Vorrichtung hat eine nach innen vorstehende Materi­ alverdickung. Nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper wird ein Dorn in die Buchse gepreßt, so daß die Materialverdickung nach außen verdrängt wird und in eine Innenwand-Nut der Zylinderbohrung verdrängt wird. Hierdurch wird die Laufbuchse im Grundkörper festgehal­ ten, so daß sie sich auch bei axial wirkenden Drücken nicht verschiebt. Im übrigen sind die Laufbuchsen in der bekannten Vorrichtung durch Preßsitz gehalten.

DE-OS 28 12 418 beschreibt ein Verfahren zur Herstel­ lung einer Zylindertrommel, die aus Leichtmetall gefer­ tigt ist. Diese Zylindertrommel kann auch in einer Axi­ alkolbenpumpe benutzt werden. Die Laufbuchsen, die in der Zylindertrommel angeordnet sind, bestehen aus Stahl und sind innen mit einer Bronzeschicht zur Verbesserung der Laufeigenschaften ausgekleidet. Um die Laufbuchsen zuverlässig in der Zylindertrommel befestigen zu kön­ nen, können sie mit Übermaß hergestellt werden und dann eingepreßt oder mit Hilfe von Abkühlung geschrumpft und dann montiert werden. Die Laufbuchsen können auch fest­ gelötet oder -geklebt werden.

EP 0 512 11138 A1 beschreibt eine Hochdruckwasserpumpe, bei der Kunststoff-Laufbuchsen in einen Zylinder einge­ klebt sind.

Während Löten und Kleben geeignete Werkstoffpaarungen zwischen Laufbuchse und Grundkörper erfordern, die nicht in allen Fällen gegeben sind, und es schwierig ist, Kleb- oder Lötverbindungen mit einer ausreichenden Scherfestigkeit zu erzeugen, müssen die Laufbuchsen in den anderen bekannten Fällen in erheblichem Maß ver­ formbar sein. Diese Verformbarkeit ist jedoch in der Regel nur bei Metallen und einigen wenigen anderen Werkstoffen gegeben. Eine Vielzahl weiterer Werkstoffe, die man unter dem Gesichtspunkt der Optimierung der Gleiteigenschaften zwischen Kolben und Zylinder gerne einsetzen würde, können nicht eingesetzt werden, weil sie nicht im notwendigen Maße verformbar sind, so daß die Laufbuchse beim Einsetzen in den Grundkörper be­ schädigt oder sogar zerstört werden würde.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auch Laufbuchsen aus ande­ ren Werkstoffen im Grundkörper einer hydraulischen Ma­ schine befestigt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß eine Nut auf der Au­ ßenwand der Laufbuchse erzeugt wird, die Laufbuchse so weit in den Grundkörper eingeführt wird, daß sich die Innenwand-Nut und die Außenwand-Nut zumindest teilweise überdecken und ein Verriegelungselement zumindest form­ schlüssig in einen durch die Innenwand-Nut und die Au­ ßenwand-Nut gebildeten Nutraum eingebracht wird.

Die Vorbearbeitung der Laufbuchse und des Grundkörpers können vor dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grund­ körper erfolgen. Beispielsweise kann die Außenwand-Nut der Laufbuchse ausgedreht werden. Sie kann aber bereits beim Herstellen der Laufbuchse, wenn sie gegossen, ges­ intert oder gepreßt wird, vorgesehen werden. Das Her­ stellen der Innenwand-Nut im Grundkörper ist bereits bekannt. Die Befestigung der Laufbuchse im Grundkörper erfolgt dann nicht mehr unmittelbar am Grundkörper, sondern mittels des Verriegelungselements, das, da es den Nutraum ausfüllt, eine axiale und eine radiale Be­ wegung der Laufbuchse in der Zylinderbohrung verhin­ dert. Eine Verformung der Laufbuchse oder des Grundkör­ pers beim Einsetzen sind damit nicht mehr notwendig. Es können daher auch Laufbuchsen aus nicht oder nur schwer verformbaren Materialien, beispielsweise aus Keramik, verwendet werden. Man ist damit freier in der Wahl des Materials der Laufbuchsen, so daß nun die Laufbuchsen primär unter dem Gesichtspunkt der Gleiteigenschaften zwischen Kolben und Zylinder ausgewählt werden können.

Bevorzugterweise wird das Verriegelungselement durch eine sich verfestigende Masse gebildet. Dies erleich­ tert das Einbringen des Verriegelungselements ganz er­ heblich. Eine Masse, die noch nicht fest ist, läßt sich beim Einsetzen wesentlich leichter handhaben. Erst nach dem Verfestigen der Masse, beispielsweise einem Aushär­ ten, erreicht das Verriegelungselement die notwendige Festigkeit, um die Laufbuchse sicher in dem Grundkörper zu halten.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Masse nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper in den Nu­ traum eingefüllt wird. Die Masse wird also erst dann eingefüllt, wenn die endgültige Form des Nutraums fest­ steht. Die Masse kann sich dann dieser Form, insbeson­ dere wenn sie unter einem gewissen Druck eingefüllt wird, anpassen und ohne größeren Aufwand ein Verriege­ lungselement bilden, das tatsächlich formschlüssig mit der Laufbuchse und dem Grundkörper verbunden ist. Dar­ über hinaus hat diese Vorgehensweise den Vorteil, daß das Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper nicht durch die Masse behindert wird. Der Schritt des Einset­ zens und der Schritt des Befestigens der Laufbuchse im Grundkörper sind damit entkoppelt.

Bevorzugterweise wird hierzu ein fließfähiger Kunst­ stoff in den Nutraum gefüllt und zumindest eine Bedin­ gung hergestellt, unter der der Kunststoff in eine fe­ ste Form übergeht. Durch die Fließfähigkeit des Kunst­ stoffs wird zunächst gewährleistet, daß der Kunststoff überhaupt in den Nutraum eindringen kann. Weiterhin wird gewährleistet, zumindest wenn der Kunststoff hier­ zu unter dem erforderlichen Druck steht, daß er den Nutraum vollständig ausfüllt. Erst wenn der Kunststoff den Nutraum vollständig oder im erforderlichen Maß aus­ gefüllt hat, wird eine Bedingung hergestellt, unter der Kunststoff in eine feste Form übergeht. Diese Bedingung kann beispielsweise durch eine Erwärmung hervorgerufen werden. Insbesondere Harze, wie Epoxidharze, oder ande­ re Zwei-Komponenten-Kunststoffe sind hierfür gut geeig­ net.

Bevorzugterweise wird aber nacheinander oder abwech­ selnd ein Kunststoff und ein Härter in den Nutraum ein­ geführt. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Zweikomponenten-Mischung herzustellen und dann in den Nutraum einzuführen, wenn gewährleistet ist, daß der Kunststoff den Nutraum in ausreichendem Maße ausfüllt, bevor er sich verfestigt hat. Durch die gesteuerte Zu­ gabe des Härters beim Einfüllen des Kunststoffs in den Nutraum läßt sich aber die Verfestigung des Kunststoffs noch besser steuern. Gegebenenfalls lassen sich auch mehr als zwei Komponenten verwenden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß vor dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper zumindest in einem dieser beiden Teile in der dem ande­ ren Teil gegenüberliegenden Fläche ein offener Kanal eingebracht wird, der mit mindestens einer der Nuten in Verbindung steht und nach außen führt. Auch nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper ist also eine Verbindung zwischen dem Nutraum und der Außenwelt vorhanden, durch die die Masse problemlos in den Nutraum verbracht werden kann. Der Kanal, der bevorzug­ terweise im wesentlichen axial verläuft, kann in der Innenwand der Zylinderbohrung im Grundkörper vorgesehen sein. Er kann jedoch auch in der Außenwand der Lauf­ buchse vorgesehen sein. Selbstverständlich können auch in beiden Teilen, also im Grundkörper und in der Lauf­ buchse, Kanäle vorgesehen werden. Dies erlaubt zwar einen größeren Kanalquerschnitt, so daß das Füllen des Nutraumes mit der Masse schneller erfolgen kann, es erfordert jedoch auch eine größere Genauigkeit beim Positionieren der Laufbuchse im Grundkörper.

Bevorzugterweise verklebt das Verriegelungselement mit zumindest einem der beiden Teile. Es erfolgt also zu­ sätzlich zur formschlüssigen Verbindung auch noch eine kraftschlüssige Verbindung, so daß hier eine zusätzli­ che Maßnahme getroffen wird, um die Laufbuchse sicher und fest im Grundkörper zu halten. Das Verkleben kann beispielsweise durch die Masse selbst erfolgen. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß vor dem Einfüllen der Masse eine Klebevermittlungsschicht in eine oder beide Nuten eingebracht wird, die dann die Laufbuchse und/oder den Grundkörper mit dem Verriegelungselement verklebt.

Bevorzugterweise werden über die Länge der Laufbuchse mehrere Außenwand-Nuten und eine entsprechende Anzahl von Innenwand-Nuten hergestellt. Die Verbindung von Laufbuchse und Grundkörper beschränkt sich damit nicht auf einen einzelnen Abschnitt in axialer Länge. Insbe­ sondere bei längeren Laufbuchsen kann man hierdurch eine verbesserte Befestigung erzielen.

Weiterhin ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vor­ gesehen, daß in der Innenwand-Nut und in der Außenwand-Nut jeweils ein Teil des Verriegelungselements einge­ setzt wird und die beiden Teile nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper miteinander verbunden werden. Diese Verbindung kann beispielsweise durch Ver­ kleben erfolgen. Sie kann aber auch durch andere Ver­ bindungstechniken, insbesondere unter Wärmezufuhr, er­ folgen. Auch diese Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Verbindung nicht unmittelbar zwischen der Laufbuch­ se und dem Grundkörper erfolgt, sondern durch Vermitt­ lung des Verriegelungselements. Das Verriegelungsele­ ment, genauer gesagt seine beiden Teile, können dann unter dem Gesichtspunkt der optimalen Verbindbarkeit ausgewählt werden.

Die hydraulische Maschine der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse auf ih­ rer Außenwand mindestens eine Außenwand-Nut aufweist, die eine Innenwand-Nut zumindest teilweise überdeckt und mit ihr einen Nutraum bildet, wobei in dem Nutraum ein Verschlußelement angeordnet ist, das sowohl mit dem Grundkörper als auch mit der Laufbuchse zumindest form­ schlüssig verbunden ist.

Bei einer derartigen Maschine kann die Laufbuchse prak­ tisch aus beliebig ausgewählten Materialien bestehen, beispielsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, oder aus einer Kombination dieser Materialien. Sie kann auch eine dünne oder spröde Oberflächenschicht haben. Als Kunststoff für die Laufbuchse kommen insbesondere Werk­ stoffe aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere Polyetheretherketonen, Polyamiden, Polya­ cetalen, Polyarylether, Polyethylenterephtalaten, Poly­ phenylensulfiden, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Po­ lyetherimiden, Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol-Har­ zen, wie Novolack-Harzen, oder ähnliches in Betracht, wobei als Füllstoffe Glas, Graphit, Polytetrafluorethy­ len oder Kohlenstoff, insbesondere in Faserform, ver­ wendet werden können. Bei Verwendung derartiger Mate­ rialien läßt sich auch Wasser als Hydraulikflüssigkeit verwenden. Eine derartige Laufbuchse wird beim Einset­ zen in den Grundkörper praktisch nicht verformt. Die Befestigung zwischen Laufbuchse und Grundkörper erfolgt über das Verriegelungselement, das sowohl die radiale Position als auch die axiale Position der Laufbuchse im Grundkörper sicherstellt. Der Begriff "Maschine" soll hier in seinem weitesten Sinn verstanden werden. Er umfaßt also nicht nur Einrichtungen zur Energieumfor­ mung, wie Pumpen und Motoren, sondern auch Steuerele­ mente, wie Ventile, bei denen beispielsweise ein Schie­ ber in der Laufbuchse bewegt wird.

Bevorzugterweise ist zwischen Grundkörper und Laufbuch­ se ein mit dem Nutraum verbundener und nach außen füh­ render Kanal vorgesehen. Durch diesen Kanal kann eine das Verriegelungselement bildende Masse, die nach dem Einfüllen aushärtet, eingefüllt werden. Der Kanal selbst kann nach dem Einfüllen der Masse verschlossen werden.

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

Fig. 1 eine Zylindertrommel einer Axialkolbenmaschine,

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

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines Bereichs nach Fig. 2.

Eine als Grundkörper dienende Zylindertrommel 1 einer hydraulischen Axialkolben-Maschine weist in Zylinder­ bohrungen 3 jeweils eine Laufbuchse 2 auf. In diesen Laufbuchsen bewegen sich beim Betrieb der Maschine nicht näher dargestellte Kolben. Die Laufbuchse 2 kann aus Metall, Keramik, Kunststoff oder aus Kombinationen dieser Materialien hergestellt sein. Die Laufbuchse 2 kann auch eine dünne oder spröde Oberflächenschicht haben, die die Montage in der Regel relativ schwierig macht.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, weist die Zylinderbohrung 3 an ihrer Innenwand eine Innenwand-Nut 4 auf. Die Zylinderbuchse 2 weist an ihrer Außenwand eine Außenwand-Nut 5 auf, die die Innenwand-Nut zumin­ dest teilweise, im dargestellten Ausführungsbeispiel sogar vollständig, überdeckt. Innenwand-Nut 4 und Au­ ßenwand-Nut 5 bilden zusammen einen Nutraum 6, in dem ein Verriegelungselement 7 angeordnet ist. Das Verrie­ gelungselement ist formschlüssig mit dem Grundkörper 1 und ebenfalls formschlüssig mit der Laufbuchse 2 ver­ bunden.

Das Verriegelungselement 7 ist durch eine fließfähige Masse gebildet, die durch einen Kanal 8 in den Nutraum 6 eingebracht werden kann, der mit der Außenwelt in Verbindung steht. Der Kanal 8 ist zwischen dem Grund­ körper 1 und der Laufbuchse 2 vorgesehen. Er kann durch eine im wesentlichen axial verlaufende Nut 9 im Grund­ körper 1 gebildet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Kanal 8 in der Laufbuchse 2 vorzusehen. Das Verriegelungselement 7 kann aus einem Kunststoff gebildet werden, der nach dem Eingießen in den Nutraum aushärtet oder sich verfestigt. Der Kunststoff kann gleichzeitig die Eigenschaft eines Klebstoffs haben, so daß das Verriegelungselement 7 beim oder nach dem Aus­ härten sowohl mit dem Grundkörper 1 als auch mit der Laufbuchse 2 verklebt. Ein geeigneter Werkstoff hierzu ist beispielsweise Araldit.

Die Montage der Laufbuchse 2 und Körper 1 beginnt nach den bereits bekannten Verfahrensschritten mit dem Erzeu­ gen der Außenwand-Nut 5 der Laufbuchse 2. Diese kann bereits beim Herstellen der Laufbuchse 2 berücksichtigt werden, beispielsweise dann, wenn die Laufbuchse 2 ge­ gossen oder gesintert wird. Sie kann aber auch nach dem Fertigstellen der Laufbuchse 2 erzeugt werden, etwa durch Drehen, Fräsen oder andere spanabhebende Formge­ bung. Die mit einer Außenwand-Nut 5 versehene Laufbuch­ se 2 wird dann in die gewünschte Position im Grundkör­ per 1 gebracht, so daß die Außenwand-Nut 5 und die Innenwand-Nut 4 der Zylinderbohrung 3 einander über­ decken und den Ringraum 6 bilden. Sodann wird durch den Kanal 8 die Masse zugeführt, die später das Verriege­ lungselement 7 bildet. Diese Masse wird dann dazu ge­ bracht, sich zu verfestigen, beispielsweise auszuhär­ ten. Hierzu kann die Temperatur zumindest lokal erhöht werden. Es können auch Härter oder andere Katalysatoren zugeführt werden. Die Zufuhr eines Härters oder eines Katalysators kann gleichzeitig oder abwechselnd mit der Zufuhr der Masse erfolgen. Der Katalysator oder der Härter können aber auch erst nach dem vollständigen Einbringen der Masse in den Nutraum 6 eingebracht wer­ den. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Masse als Zweikomponentenmasse auszubilden und die fertigge­ mischte Masse in den Nutraum 6 einzufüllen. Es ist auch möglich, die Masse, die später das Verriegelungselement 7 bilden wird, in heißem Zustand in den Nutraum 6 ein­ zubringen und dann abzukühlen, wenn sich beim Abkühlen die gewünschte Verfestigung der Masse ergibt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist nicht nur ein Verriegelungselement 7, sondern zwei davon dargestellt. Selbstverständlich ist es möglich, weitere Verriege­ lungselemente 7 über die axiale Länge der Laufbuchse 2 zu verteilen. Dargestellt ist auch nur ein Kanal 8. Selbstverständlich ist es auch möglich, mehrere Kanäle 8 über den Umfang einer Laufbuchse vorzusehen.

Claims (11)

1. Verfahren zum Montieren einer Laufbuchse in einem Grundkörper einer hydraulischen Maschine, bei dem die Laufbuchse in eine mit einer Nut in der Innen­ wand versehene Zylinderbohrung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nut auf der Außen­ wand der Laufbuchse erzeugt wird, die Laufbuchse so weit in den Grundkörper eingeführt wird, daß sich die Innenwand-Nut und die Außenwand-Nut zumindest teilweise überdecken und ein Verriegelungselement zumindest formschlüssig in einen durch die Innen­ wand-Nut und die Außenwand-Nut gebildeten Nutraum eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement durch eine sich ver­ festigende Masse gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper in den Nutraum eingefüllt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein fließfähiger Kunststoff in den Nutraum füllt und zumindest eine Bedingung herstellt, unter der der Kunststoff in eine feste Form übergeht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander oder abwechselnd ein Kunststoff und ein Härter in den Nutraum eingeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einsetzen der Laufbuch­ se in den Grundkörper zumindest in einem der beiden Teile in der dem anderen Teil gegenüberliegenden Fläche ein offener Kanal eingebracht wird, der mit mindestens einer der Nuten in Verbindung steht und nach außen führt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement mit zumindest einem der beiden Teile verklebt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge der Laufbuchse mehrere Außenwand-Nuten und eine entsprechende An­ zahl von Innenwand-Nuten hergestellt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in der Innenwand-Nut und in der Außenwand-Nut jeweils ein Teil des Verriegelungs­ elements eingesetzt wird und die beiden Teile nach dem Einsetzen der Laufbuchse in den Grundkörper miteinander verbunden werden.

10. Hydraulische Maschine mit einer in einer Zylinder­ bohrung eines Grundkörpers angeordneten Laufbuchse, wobei die Zylinderbohrung mindestens eine Innen­ wand-Nut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbuchse (2) auf ihrer Außenwand mindestens eine Außenwand-Nut (5) aufweist, die eine Innenwand-Nut (4) zumindest teilweise überdeckt und mit ihr einen Nutraum (6) bildet, wobei in dem Nutraum (6) ein Verriegelungselement (7) angeordnet ist, das sowohl mit dem Grundkörper (1) als auch mit der Laufbuchse (2) zumindest formschlüssig verbunden ist.

11. Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Grundkörper (1) und Laufbuchse (2) ein mit dem Nutraum (6) verbundener und nach außen füh­ render Kanal (8) vorgesehen ist.