DE4424608A1 - Hydraulische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenma­ schine mit einer Zylindertrommel, die mindestens einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben hin- und herbeweg­ lich angeordnet ist, der sich über einen Gleitschuh an einer Schrägscheibe abstützt, wobei die Zylindertrommel und die Schrägscheibe relativ zueinander verdrehbar sind und eine Andruckplatte, die den Gleitschuh in An­ lage an die Schrägscheibe hält, über ein eine konvex sphärische Lagerfläche aufweisendes Kugelgelenk gelen­ kig mit der Zylindertrommel verbunden ist.

Bei Maschinen dieser Art werden 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.

Eine Maschine der eingangs genannten Art ist beispiels­ weise in DE 39 01 064 A1 gezeigt.

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.

Um auch eine Hydraulikflüssigkeit mit schlechteren oder fehlenden Schmierungseigenschaften, wie beispielsweise Wasser, verwenden zu können, ist in der älteren deut­ schen Patentanmeldung P 43 01 121 eine Maschine be­ schrieben, bei der in die Andruckplatte ein Einsatz aus einem reibungsvermindernden Kunststoff eingesetzt ist, der durch die Andruckplatte radial und axial unter­ stützt ist. Dieser Einsatz liegt an einem Gegenstück an, das wiederum an der Zylindertrommel abgestützt ist.

Obwohl sich diese Anordnung bei einem Betrieb mit Was­ ser als Hydraulikflüssigkeit bewährt hat, ist hier eine relativ aufwendige Bearbeitung der Andruckplatte erfor­ derlich. Es müssen die Anlageflächen für das Einsatz­ stück erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Fertigung einer hydraulischen Axialkolbenmaschine, die für nicht schmierende Hydraulikflüssigkeiten geeignet sein soll, zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einer Maschine der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die konvex sphärische Lagerfläche aus einem reibungsvermindernden Kunststoff gebildet ist.

Damit wird zwar nach wie vor eine Materialpaarung zwi­ schen einem reibungsvermindernden Kunststoff und einem härteren Material, aus dem die Andruckplatte bestehen muß, beispielsweise Eisen oder Stahl, erreicht. Die geringe Reibung, die hier für einen Betrieb mit einer Flüssigkeit ohne schmierenden Eigenschaften vorausge­ setzt ist, wird hierbei durch die Ausgestaltung der sphärisch konvexen Lagerfläche erreicht. Dort befindet sich nämlich der Kunststoff, der die Reibungsverminde­ rung bewirkt. Die Andruckplatte muß nun nicht mehr auf­ wendig bearbeitet werden, d. h. es müssen keine zusätz­ lichen Anlageflächen mehr erzeugt werden. Die Andruck­ platte kann vielmehr genauso ausgebildet werden, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, daß auch die Bearbeitung der sphärischkonvexen Fläche einfacher wird. Solange diese aus einem relativ harten Material, wie beispielsweise Stahl, bestand, war die Erzeugung einer sphärischen Lagerfläche, also die Erzeugung einer Kugeloberfläche ausgesprochen schwierig. Bei Abweichungen ergeben sich jedoch unerwünschte Verschleißstellen. Wenn nun diese Lagerfläche durch einen Kunststoff gebildet ist, wird die Erzeugung der Kugelform ganz drastisch vereinfacht. Zum einen lassen sich Kunststoffe vielfach besser bzw. mit geringerem Aufwand bearbeiten, als Metalle. Zum anderen läßt sich eine Formgebung bei Kunststoffen vielfach auch durch ein Gießen erreichen, was bei Me­ tallen zwar auch möglich ist, jedoch in der Regel nicht mit der gewünschten Oberflächenqualität einhergeht.

Vorzugsweise ist der Kunststoff als Schicht auf einem Kern mit einer höheren Festigkeit angeordnet. Über das Kugelgelenk müssen teilweise erhebliche Kräfte übertra­ gen werden, damit auch bei einem Saughub von mehreren Kolben die Gleitschuhe mit der notwendigen Anpreßkraft an der Schrägscheibe gehalten werden. Diese Kräfte er­ fordern entsprechend stabil ausgebildete Konstruktions­ teile. Die meisten Kunststoffe sind nicht in der Lage, diese großen Kräfte zu übertragen, ohne sich zu verfor­ men. Verwendet man hingegen einen stabilen Kern mit einer Schicht, die auch relativ dünn sein kann, aus dem reibungsvermindernden Kunststoff, dann ist eine Verfor­ mung der "Kugel" nicht zu befürchten. Möglicherweise dennoch auftretende Verformungen der Kunststoffschicht bleiben in einem Maß, das noch tolerierbar ist. Die Festigkeit ändert sich praktisch nicht, so daß herkömm­ liche Maschinen notfalls umgerüstet werden können.

Der Kern besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Hiermit lassen sich die notwendigen Festig­ keitswerte und Druckbeständigkeiten erreichen.

Mit Vorteil ist die Schicht als Spritzgußteil ausgebil­ det, das an den Kern angespritzt ist. Der Kern wird hierzu in eine Spritzgußform eingelegt. Der Kunststoff wird eingespritzt. Hierdurch erreicht man nicht nur die paßgenaue Bearbeitung der Kunststoffschicht. Man er­ zeugt in den meisten Fällen auch eine innig klebende oder haftende Verbindung zwischen dem Kern und dem Kunststoff. Diese Verbindung erleichtert die nachfol­ gende Fertigung. Durch das Spritzgießen läßt sich die gewünschte sphärische Oberfläche, also die zumindest abschnittsweise benötigte Kugeloberfläche, mit dem not­ wendigen Grad an Genauigkeit erreichen.

In einer Ausführungsform ist bevorzugt, daß der Kunst­ stoff den Kern vollständig umgibt. Diese vollständige Ummantelung führt dazu, daß praktisch keine Angriffs­ flächen bestehen, an denen Hydraulikflüssigkeit zwi­ schen Kern und Kunststoff vordringen könnte, was unter ungünstigen Umständen zu einer Ablösung des Kunststoffs vom Kern führt. Darüber hinaus wird der Kunststoff auf dem Kern nicht nur durch die Haftverbindung festgehal­ ten, sondern auch durch die Geometrie. Es wird eine formschlüssige Verbindung erzeugt.

In einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Kunststoff nur in einem Bereich angeordnet ist, der im Betrieb von der Andruckplatte überdeckbar ist. Diese Ausgestaltung spart Kunststoff, was unter Umständen Kostenvorteile erzeugen kann. In den meisten Fällen ist eine vollständige Ummantelung des Kernes mit Kunststoff nicht notwendig. Die gleiche Betriebseigenschaften wer­ den auch erreicht, wenn nur ein Teil mit dem Kunststoff überdeckt ist und zwar der Teil, bei dem die Gefahr besteht, daß die Andruckplatte ansonsten am Kern direkt reiben würde.

Vorzugsweise sind der Kern und/oder der Kunststoff an ihrer einander zugewandten Seite mit mindestens einer Ausformung versehen. Da sich diese Ausformung auf die Seite beschränkt, an der der Kern und die Schicht ein­ ander zugewandt sind, ergeben sich keine negativen Aus­ wirkungen nach außen. Durch diese Ausformung wird aber eine Verbindung, in vielen Fällen sogar ein Formschluß, erreicht, der dazu beiträgt, daß eine Verschiebung von Kern und Kunststoffschicht entlang ihrer Berührungsflä­ che nicht mehr möglich ist. Beim Schwenken der Andruck­ platte gegenüber dem Kern entstehen teilweise erhebli­ che Scherkräfte, die unter Umständen dazu beitragen können, daß der Kunststoff zwischen dem Kern und der Andruckplatte herausgeschoben wird. Mit den Ausformun­ gen wird dies verhindert. Die Ausformungen können bei­ spielsweise durch Bohrungen oder Nuten gebildet sein, in die der Kunststoff eindringt, so daß sich der Kunst­ stoff auf dem Kern sozusagen festklammert.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist jedoch vorgese­ hen, daß die Ausformung auf dem Kern als zumindest ab­ schnittsweise umlaufender Vorsprung ausgebildet ist, an dem der Kunststoff mit seinem Rand anliegt. Der Kunst­ stoff wird also an dem Ort auf der "Kugeloberfläche" festgehalten, an dem er vorgesehen ist. Mögliche Ver­ schiebungen werden von vornherein dadurch verhindert, daß der Kunststoff am Rand festgehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß der Kunststoff an keiner Stelle ge­ schwächt werden muß.

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 Aus­ schnitt aus einer hydraulischen Axial­ kolbenmaschine.

Eine hydraulische Axialkolbenmaschine 1 weist eine Zy­ lindertrommel 2 auf, die um eine Achse 3 gegenüber ei­ ner Schrägscheibe 4 verdrehbar angeordnet ist.

In der Zylindertrommel 2 sind mehrere Zylinder 5 von denen nur einer dargestellt ist, mit Zylinderbuchsen 6, die unter Umständen auch entfallen können, angeordnet. In dem Zylinder 5 ist ein Kolben 7 hin- und herbewegbar angeordnet. In der Figur ist der Kolben in seiner am weitesten eingefahrenen Position dargestellt.

Der Kolben 7 ist über ein Kugelgelenk 8 mit einem Gleitschuh 9 gelenkig verbunden. Der Gleitschuh 9 liegt an der Schrägscheibe 4 an.

Damit der Gleitschuh auch dann an der Schrägscheibe in Anlage gehalten wird, wenn der Kolben 7 einen Saughub ausführt, also in der Figur nach links bewegt wird, ist eine Andruckplatte 10 vorgesehen, die auf den Gleit­ schuh 9 wirkt. Die Andruckplatte 10 wiederum ist über ein Kugelgelenk 11 an der Zylindertrommel 2 abgestützt. Das Kugelgelenk 11 weist einen Kern 12 auf, der mit Hilfe eines durch eine Feder 13 belasteten Stift 14 in Richtung auf die Schrägscheibe 4 gedrückt wird.

An dem Kern 12, genauer gesagt an einem Teil der Ober­ fläche, der im Betrieb bei der Hin- und Herschwenkbewe­ gung der Andruckplatte 10 von dieser überdeckt wird, ist eine Schicht 15 aus einem reibungsvermindernden Kunststoff vorgesehen. Bevorzugterweise ist der Kunst­ stoff aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyarylenetherketonen, insbesondere Polyetheretherketonen, Polyamiden, Polya­ cetalen, Polyarylenether, Polyethylenterephtalaten, Poly­ phenylensulfiden, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Po­ lyetherimiden, Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol-Har­ zen, wie Novolak-Harzen, gewählt. Derartige Kunststof­ fe können mit Metallen relativ reibungsarm zusammenwir­ ken, auch wenn eine Schmierung durch Öl nicht vorhanden ist.

Im Kugelgelenk 11 ergibt sich also eine Materialpaarung aus einem Metall, nämlich dem Material der Andruckplat­ te 10, die bevorzugterweise aus Stahl gebildet ist, und dem reibungsvermindernden Kunststoff der Schicht 15 auf dem Kern 12, die zusammen eine "Kugel" bilden.

Der Kern 12 ist mit einem umlaufenden Vorsprung 16 ver­ sehen, der auf den Rand der Kunststoffschicht 15 wirkt. Auch durch die Schwenkbewegung der Andruckplatte 10 kann der Kunststoff nicht mehr auf der Oberfläche des Kernes 12 verschoben werden.

Die Schicht 15 ist als Spritzgußteil ausgebildet. Sie ist unmittelbar an den Kern 12 angespritzt und hat eine Dicke von 2,5 mm oder weniger. Hierzu wird der Kern 12 in eine Spritzgußform eingelegt und danach der Kunst­ stoff eingespritzt. Dies erspart vielfach eine aufwen­ dige Nachbearbeitung der Oberfläche des Kernes 12. Die gewünschte genaue Kugelform der Schicht 15 kann viel­ mehr beim Spritzgießen erreicht werden und dort mit einer Genauigkeit, die man bei einer spannenden Verfor­ mung des Kernes 12 nur mit relativ aufwendigen Maschi­ nen erreichen kann.

Mit einem entsprechend geringen Aufwand läßt sich auch die Andruckplatte 10 fertigen. Diese kann so ausgebil­ det sein, wie dies im Stand der Technik bisher bekannt war. Im Grunde genommen ist es lediglich erforderlich, die Durchgangsöffnungen für die Gleitschuhe 9 und die Durchgangsöffnung zur Aufnahme der Welle 17 der Zylin­ dertrommel 2 zu erzeugen. Dies kann vielfach schon bei der Herstellung eines Grundkörpers für die Andruckplat­ te 10 geschehen. Danach muß die Andruckplatte 10 nur noch geschliffen werden. Da sich das Schleifen aber auf relativ kleine und wenige Teilbereiche beschränkt, ist der Aufwand hierfür vertretbar.

Der Kern 12 besteht, genau wie die Andruckplatte 10, aus einem festen Material, bevorzugterweise Eisen oder sogar Stahl. Dadurch, daß die Schicht 15 des reibungs­ vermindernden Kunststoffs nur relativ dünn ist, nimmt sie keinen nennenswerten Einfluß auf die Festigkeit des Kernes und damit auf die Kräfte, die über das Kugelge­ lenk 11 übertragen werden können. Anstelle von Stahl kann man auch andere Kunststoffe für den Kern 12 ver­ wenden. Diese Kunststoffe müssen dann aber nicht mehr unter dem Gesichtspunkt der Reibungsverminderung ausge­ wählt werden. Die Reibungsverminderung wird durch die Schicht 15 bewirkt. Natürlich ist es von Vorteil, wenn ein Kunststoff so fest ist, daß er die notwendigen Kräfte übertragen kann, und dennoch vergleichbare Rei­ bungswerte aufweist.

Anstelle der nur teilweisen Bedeckung des Kernes 12 läßt sich auch eine vollständige Ummantelung des Kernes 12 realisieren. In diesem Fall kann unter Umständen der Vorsprung 16 entfallen. Die Schicht 15 wird dann form­ schlüssig auf dem Kern gehalten, wozu dessen Ausfor­ mung, beispielsweise mit Flanken oder Vorsprüngen 18 beiträgt.

Die notwendige Anpreßkraft, mit der die Andruckplatte 10 die Gleitschuhe 9 gegen die Schrägscheibe 4 preßt wird von den Federn 13 über das Kugelgelenk 11 auf die Andruckplatte 10 übertragen. Diese Andruckkraft ist geschwindigkeitsabhängig. Je kleiner die Geschwindig­ keit der Maschine ist, desto geringer ist die erforder­ liche Andruckkraft. Diese muß nur verhindern, daß die Gleitschuhe 9 kippen oder sich auf andere Art von der Schrägscheibe 4 abheben. Die Zunahme der Andruckkraft muß nicht linear sein. So kann sich beispielsweise bei einer Verdoppelung der Geschwindigkeit von 1.500 auf 3.000 Umdrehungen/min. eine Erhöhung der Andruckkraft auf das Dreifache ergeben. Entsprechend einer Erhöhung von 5 kg auf 15 kg.

Eine Maschine, die für niedrigere Geschwindigkeiten ausgelegt ist, kann daher mit einem schwächeren Kugel­ gelenk 11 ausgebildet werden. Hierbei kann der Kern 12 ebenfalls aus dem Kunststoff der reibungsvermindernden Schicht 15 gebildet sein. Bei höheren Geschwindigkeiten ist allerdings ein festeres Material erforderlich.

Claims (8)

1. Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Zylin­ dertrommel, die mindestens einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben hin- und herbeweglich angeordnet ist, der sich über einen Gleitschuh an einer Schrägscheibe abstützt, wobei die Zylindertrommel und die Schrägscheibe relativ zueinander verdrehbar sind und eine Andruckplatte, die den Gleitschuh in Anlage an die Schrägscheibe hält, über ein eine konvex sphärische Lagerfläche aufweisendes Kugelge­ lenk gelenkig mit der Zylindertrommel verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die konvex sphäri­ sche Lagerfläche aus einem reibungsvermindernden Kunststoff (15) gebildet ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff als Schicht (11) auf einem Kern (12) mit einer höheren Festigkeit angeordnet ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (2) aus Metall, insbesondere aus Stahl, besteht.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schicht (15) als Spritzgußteil ausgebildet ist, das an den Kern (12) angespritzt ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff den Kern (12) vollständig umgibt.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff (15) nur in ei­ nem Bereich angeordnet ist, der im Betrieb von der Andruckplatte (10) überdeckbar ist.

7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12) und/oder der Kunststoff (15) an ihrer einander zugewandten Seite mit mindestens einer Ausformung (16) versehen sind.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformung (16) auf dem Kern (12) als zu­ mindest abschnittsweise umlaufender Vorsprung aus­ gebildet ist, an dem der Kunststoff (15) mit seinem Rand anliegt.