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Die Erfindung betrifft einen Steuerspiegel
einer hydraulischen Maschine mit einem Kern, der zumindest auf seiner
im Betrieb an einer Zylindertrommel anliegenden Oberseite mit einer
Schicht aus einem reibungsvermindernden Kunststoff bedeckt ist und
der mindestens zwei Steueröffnungen
aufweist.
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Die Steueröffnungen werden in der Regel
als Steuernieren, die gegebenenfalls in verschiedene, voneinander
getrennte Abschnitte aufgeteilt sind, ausgebildet.
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Bei Kolbenpumpen, wie sie beispielsweise aus
DE-AS 12 67 985 bekannt
sind, muß der
Zylinderkörper
mit einem relativ großen
Druck gegen den Steuerspiegel gepreßt werden, um den Übergang von
den Zylindern zum Steuerspiegel möglichst dicht zu halten. Je
größer die
Undichtigkeiten in diesem Bereich sind, desto größer sind die Leckagen, was sich
negativ auf den volumetri schen Wirkungsgrad der Maschine auswirkt.
Aufgrund des hohen Drucks wirken erhebliche Reibungskräfte auf
die Kontaktfläche,
die ohne zusätzlichen
Maßnahmen
relativ schnell zum Verschleiß oder
sogar zur Zerstörung der
Maschine führen.
Dieser Erscheinung kann teilweise dadurch begegnet werden, daß die Kontaktfläche geschmiert
wird, um die Reibung zu vermindern. Hierzu wird die Hydraulikflüssigkeit
verwendet. Dies setzt jedoch voraus, daß die Hydraulikflüssigkeit
in ausreichendem Maße
schmierende Eigenschaften besitzt. Durch diese Bedingung wird der
Kreis der verwendbaren Hydraulikflüssigkeiten erheblich eingeschränkt. Flüssigkeiten,
die ausreichende Schmierungseigenschaften aufweisen, sind jedoch
unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastbarkeit vielfach nicht unbedenklich,
insbesondere dann, wenn es sich um synthetische Öle handelt.
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Aus diesem Grunde ist es bei einer
Maschine der eingangs genannten Art, die für Wasser eingesetzt werden
soll, bekannt (
JP 02
125 979 A ), zwischen dem Steuerspiegel und dem Zylinderkörper eine
Kunststoffschicht anzuordnen, die auf die aufgerauhte Kontaktfläche aufgeklebt
wird. Hierzu sind jedoch eine Vielzahl von Arbeitsschritten erforderlich. Auch
läßt sich
eine zuverlässige
Befestigung der Kunststoffschicht am Zylinderkörper bzw. am Steuerspiegel
nicht immer gewährleisten.
Insbesondere besteht die Gefahr, daß unter Druck stehende Hydraulikflüssigkeit
zwischen die Kunststoffschicht und den Steuerspiegel bzw. den Zylinderkörper gelangt
und die Schicht zumindest partiell ablöst. Dies führt sehr schnell zu einer schweren
Beschädigung
der Maschine.
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Ferner ist es aus
DE 16 53 529 B2 bekannt, eine
Steuerspiegelscheibe mit Einsätzen
aus Kohlenstoff zu versehen, die als geradlinige Leisten ausgebildet
sind, um die Reibung zwischen dem Zylinderkörper und der Steuer spiegelscheibe
herabzusetzen. Hierbei ist es jedoch schwierig, den Steuerspiegel
und die Stirnfläche
des Zylinderkörpers
dicht genug aneinander zu halten, so daß hier erhebliche Leckagen
auftreten können.
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Ferner ist aus der nachveröffentlichten
DE 43 01 133 A1 eine
hydraulische Kolbenmaschine mit einem Steuerspiegel bekannt, der
mit einer Kunststoffschicht versehen ist. Die Kunststoffschicht
ist durch ein Spritzgießverfahren
hergestellt. In einer Ausführungsform
umkleidet sie den Kern des Steuerspiegels vollständig, d.h. sie ist auch durch
die Steuernieren hindurchgeführt.
Hierdurch kann man eine seitliche Bewegung der Kunststoffschicht
in Bezug zum Kern weitgehend verhindern.
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Es hat sich nun jedoch herausgestellt,
daß bei
Steuerspiegeln dieser Art ein gewisses Problem dann auftritt, wenn
beim Anbringen der Kunststoffschicht am Kern Luft zwischen Kern
und Kunststoff eingeschlossen wird oder der Kunststoff aus anderen Gründen nicht
vollkommen dicht am Kern zu liegen kommt. Der mit dem Kunststoff
versehene Kern wird nämlich üblicherweise
nach dem Anbringen des Kunststoffs bearbeitet, wobei vielfach nur
noch die Kunststoffschicht, genauer gesagt deren Oberfläche, bearbeitet
werden muß.
Die Oberflächenbearbeitung kann
beispielsweise durch Fräsen
erfolgen. An den Stellen, wo der Kunststoff durch Luft oder andere
Einschlüsse
vom Kern getrennt ist, liegt er nicht nur nicht mehr am Kunststoff
an. Er haftet dort auch nicht mehr am Kunststoff. Beim Spritzgießen ergibt
sich normalerweise eine Art Klebe- oder Haftverbindung zwischen
dem Kern und der Kunststoffschicht. Wenn Luft eingeschlossen wird,
kann dies bei der mechanischen Bearbeitung dazu führen, daß der Kunststoff etwas
angehoben wird, weil sich in dem Luftvolumen ein Unterdruck bilden
kann. Die nach dem Bearbeiten fertiggestellte äuße re Form stimmt dann zwar
mit der gewünschten
Form überein.
Eine Kontrolle nach der Produktion ergibt auch keinen Fehler. Die
Rückstellkräfte im Kunststoff
sind unter Umständen
nicht groß genug,
um die Verformung rückgängig zu
machen. Im Betrieb hingegen, wo am Steuerspiegel ein relativ großer Druck
herrscht, der bis zur Größe des Betriebsdrucks
der hydraulischen Maschine ansteigen kann, wird der Kunststoff dann
durch äußere Kräfte wieder
gegen den Kern gedrückt,
so daß die
ursprüngliche
Verformung wieder rückgängig gemacht wird.
Dann stimmt die äußere Form
des Steuerspiegels aber nicht mehr mit der Form überein, die nach der Bearbeitung
vorhanden war. Es ergeben sich Leckagen, die ein tolerierbares Maß überschreiten
können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen Steuerspiegel anzugeben, der mit größerer Zuverlässigkeit
gefertigt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Steuerspiegel der
eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Kunststoff mit dem Kern
mit Hilfe mindestens eines Verbindungselements verbunden ist, das
durch Formschluß mit
dem Kunststoff und/oder dem Kern Zugkräfte im wesentlichen senkrecht
zur Oberseite aufnimmt.
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Durch diese Ausbildung wird beim
Anbringen des Kunststoffs an den Kern, beispielsweise durch ein
Spritzgießverfahren,
bereits eine mechanische Verbindung zwischen dem Kern und der Kunststoffschicht
geschaffen, die sich nicht mehr auf ein reines "Kleben" beschränkt. Vielmehr ergibt sich hier
ein Formschluß,
der auch größere Zugkräfte, wie
sie bei der anschließenden
Bearbeitung auftreten können, aufnehmen
kann. Selbst in dem ungünstigen
Fall, daß ein
Teilbereich des Kunststoffs nicht mit der notwendigen Stärke an dem
Kern anhaftet, wird durch diese Ausgestaltung dafür gesorgt,
daß sich der Kunststoff
beim Bearbeiten nicht vom Kern abheben kann. Nach dem Bearbeiten
ergibt sich daher die gewünschte
Geometrie oder Form des Steuerspiegels, die sich auch beim anschließenden Einsatz
in der hydraulischen Maschine nicht mehr verändert.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung
ist vorgesehen, daß das
Verbindungselement einstückig mit
dem Kunststoff ausgebildet ist. Das Verbindungselement läßt sich
dann auf einfache Art und Weise gleichzeitig mit dem Anbringen der
Kunststoffschicht mit dem Kern verbinden. Dies gilt insbesondere dann,
wenn der Kunststoff an den Kern angegossen wird, beispielsweise
durch ein Spritzgießverfahren.
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Vorzugsweise weist das Verbindungselement
eine Verbreiterung auf, die an einer am Kern ausgebildeten Fläche anliegt,
die zumindest eine Komponente aufweist, die im wesentlichen parallel zur
Oberseite verläuft.
Die Verbreiterung hintergreift damit den Kern. Hierdurch wird auf
einfache Art und Weise ein Formschluß sichergestellt.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß das Verbindungselement
den Kern in einer Durchgangsöffnung
durchsetzt und die Fläche
an der Unterseite des Kernes angeordnet ist. Das Verbindungselement ist
damit nach Art eines Niets ausgeführt, der den Kern durchsetzt.
Der "Schließkopf" des Niets befindet sich
damit an der Unterseite des Kerns. Eine so realisierte Verbindung
kann relativ große
Zugkräfte
aufnehmen.
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Auch ist bevorzugt, daß die Verbreiterung durch
eine Schicht des Kunststoffs gebildet ist, die die Unterseite zumindest
bereichsweise bedeckt. In vielen Fällen wird der Kern des Steuerspiegels
vollständig
mit dem Kunststoff ummantelt sein. Das Verbindungselement schafft
dann eine zusätzliche
mechanische Verbindung zwischen der Oberseite und der Unterseite,
hält also
den Kunststoff nicht nur an der Oberseite, sondern auch an der Unterseite
mit hoher Zuverlässigkeit
in Anlage an den Kern. Gerade in diesem Fall kann man die verbesserte
Befestigung des Kunststoffs am Kern problemlos bereits dadurch realisieren,
daß vor
dem Angießen
des Kunststoffs an den Kern der Kern mit Durchgangsöffnungen,
im einfachsten Fall mit Bohrungen, versehen wird.
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Vorzugsweise ist die lichte Weite
der Durchgangsöffnung
größer als
die Dicke der Schicht. Die lichte Weite ist bei einer zylinderförmigen Bohrung gleich
dem Durchmesser. Ein spritzgegossener Kunststoff zieht sich beim
Aushärten
etwas zusammen. Dieser Schwund ist abhängig von dem Volumen des aushärtenden
Kunststoffs. Wenn nun ein relativ größeres Volumen aushärtet, zieht
es sich stärker
zusammen als ein kleines, wobei der Schwund im allgemeinen lediglich
wenige Prozent beträgt.
Da das Verbindungselement aber an der Kunststoffschicht befestigt
ist, bewirkt dieses Zusammenziehen ein dichteres Heranziehen der
Kunststoffschicht an den Kern und damit eine verbesserte Anlage
mit einer höheren Haltekraft.
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In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung weist
der Kern eine mit einer Hinterschneidung versehene Ausnehmung auf,
in die das Verbindungselement eingreift. Diese Ausgestaltung ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn aus irgendwelchen Gründen der
Kern nicht mit einer Durchgangsbohrung versehen werden kann. Auch
eine Ausnehmung mit einer Hinterschneidung kann die Befestigungsfunktion
mit der notwendigen Zuverlässigkeit
erfüllen.
Auch hier ergibt sich der gewünschte
Formschluß.
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Hierbei ist besonders bevorzugt,
daß das Verbindungselement
schwalbenschwanzförmig
ausgebildet ist. Die komplementäre
Schwalbenschwanzausnehmung im Kern läßt sich relativ leicht herstellen,
beispielsweise durch Fräsen.
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Vorzugsweise ist das Verbindungselement
in einem Bereich in Umfangsrichtung zwischen den Steuernieren angeordnet.
Dort ist die Gefahr der Leckage am größten. Im Bereich der Steuernieren selbst
nimmt man eine gewisse Leckage durchaus in Kauf, beispielsweise
um den Steuerspiegel dort zu kühlen.
Hingegen wird der Bereich zwischen den Steuernieren durch das Verbindungselement
so ausgestaltet, daß er
mit ausreichender Präzision
gefertigt werden kann. Leckagen werden hier weitgehend vermieden.
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Vorzugsweise weist die Schicht in
einem innerhalb des Kreisringes, in dem auch die Steuernieren liegen,
liegenden Bereichs eine vergrößerte Dicke
auf und das Verbindungselement ist in dem Bereich vergrößerter Dicke
angeordnet. Lediglich der Bereich der vergrößerten Dicke muß mit der
notwendigen Genauigkeit gefertigt sein. Es reicht daher aus, sicherzustellen,
daß dieser
Bereich richtig an dem Kern des Steuerspiegels anliegt und sich
beim Bearbeiten nicht abheben kann.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf einen Steuerspiegel,
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2 einen
Schnitt II-II nach 1,
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3 einen
Schnitt III-III nach 1 und
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4 eine
weitere Ausgestaltung eines Steuerspiegels ausschnittsweise im Schnitt.
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Ein Steuerspiegel 1 weist
einen Kern 2 auf, der in 1 gestrichelt
dargestellt ist. Der Kern ist aus Metall, beispielsweise Stahl gebildet.
Er ist mit einem reibungsvermindernden Kunststoff 3 vollständig ummantelt.
Der Steuerspiegel 1 weist zwei Steuernieren 4, 5 auf.
Der Kunststoff 3 ist durch diese Steuernieren 4, 5 hindurchgeführt, d.h.
er kleidet ihre Innenwände
aus, so daß hier
keine Spalte zwischen dem Kunststoff 3 und dem Kern 2 gebildet
sind.
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Der Kunststoff 3 weist in
einem Kreisring 6, in dem auch die Steuernieren 4, 5 liegen,
einen Bereich 7 mit einer vergrößerten Dicke auf. In diesem
Bereich 7 liegt im Betrieb eine Zylindertrommel einer hydraulischen
Axialkolbenmaschine an, die sich relativ zum Steuerspiegel 1 dreht.
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Der Kunststoff 3 wird um
den Kern 2 des Steuerspiegels 1 herumgegossen,
beispielsweise mit Hilfe eines Spritzgußverfahrens. Dieses Gießverfahren
reicht normalerweise aus, um den Kunststoff 3 am Kern 2 mit
der notwendigen Festigkeit und Zuverlässigkeit anhaften zu lassen.
Hin und wieder kommt es aber vor, daß sich beim Gießen Lufteinschlüsse zwischen
dem Kunststoff 3 und dem Kern 2 bilden. Diese
Lufteinschlüsse
verhindern das Anhaften des Kunststoffs 3 am Kern 2,
so daß er
bei einer nachfolgenden Bearbeitung seiner Oberfläche vom
Kern abgehoben werden kann. Die Bearbeitung, beispielsweise ein
Abfräsen,
entfernt dann zuviel Material. Dies wird bei einer normalen Ausgangskontrolle
vielfach gar nicht festgestellt, weil sich der Kunststoff bei der
Bearbeitung plastisch verformt, also nicht wieder in seine Ausgangsstellung
zurückfedert.
Diese Zurückverformung
erfolgt erst bei dem Einsatz des Steuerspiegels unter höheren Drücken, wie
sie beispielsweise in einer hydraulischen Maschine auftreten.
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Um das Abheben des Kunststoffs 3 von
dem Kern 2 während
der Bearbeitung zu verhindern, sind in dem Bereich 7 vergrößerter Dicke
Verbindungselemente 8 vorgesehen, die in der Ausgestaltung
nach 3 nach Art eines
Niets den Kern 2 durchsetzen und zwar in Bohrungen 9.
Die Verbindungselemente 8 verbinden dann den Kunststoff 3 auf
der Oberseite O mit dem Kunststoff 3 auf der Unterseite
U. Sie sind in der Lage, auch größere Zugkräfte aufzunehmen, so
daß ein
Abheben des Kunststoffs 3 bei einer Bearbeitung verhindert
wird.
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Auch wenn an der Unterseite U kein
Kunststoff 3 vorgesehen ist, kann man dafür sorgen,
daß sich
die Verbindungselemente 8 dort so verbreitern, daß sie eine
Art Niet bilden. Die Verbreiterung am Ende der Verbindungselemente 8 hintergreift
dann den Kern 2, so daß sich
ein Formschluß des
Verbindungselements 8 mit dem Kern 2 ergibt. Mit
dem Kunststoff an der Oberseite O sind die Verbindungselemente 8 einstöckig verbunden.
Sie können
besonders einfach dadurch hergestellt werden, daß der Kern vor dem Angießen des
Kunststoffs mit den notwendigen Bohrungen 9 versehen wird.
Die Verbindungselemente 8 ergeben sich dann beim Gießen von
selbst.
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Der Durchmesser der Bohrung 9,
oder falls eine von der Zylinderform abweichende Durchgangsöffnung verwendet
wird, deren lichte Weite, ist größer als
die Dicke des Kunststoffs 3 und zwar auch größer als
die Dicke im verdickten Bereich 7. Wenn der Kunststoff
beim Aushärten
schrumpft, werden die Verbindungselemente 8 etwas stärker schrumpfen als
die Schicht des Kunststoffs 3 an der Oberseite. Hierdurch
wird der Kunststoff 3 an der Oberseite O mit höherer Festigkeit
an den Kern 2 herangezogen.
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4 zeigt
eine alternative Ausgestaltung, bei der Elemente, die denen der 1 bis 3 entsprechen, gestrichen sind. Hier
weist der Kern 2' keine Durchgangsbohrung
auf, sondern an seiner Oberseite O und an seiner Unterseite U jeweils
schwalbenschwanzförmig
ausgebildete Ausnehmungen 10, 11, d.h. Ausnehmungen
mit Hinterschneidungen, die durch geneigte Seitenwände gebildet
sind. In diese Ausnehmungen greifen Verbindungselemente 8' des Kunststoffs 3' ein. Diese
haben ebenfalls die Form eines Schwalbenschwanzes, d.h. sie erweitern
sich in Richtung auf das Innere des Kernes zu nach außen. Auch
hierdurch entsteht ein Formschluß. Die Ausnehmungen 10, 11 und
die Verbindungselemente 8' haben
jeweils Flächenkomponenten,
die im wesentlichen parallel zur Oberseite O bzw. zur Unterseite
U verlaufen. Auch hierdurch kann ein Abheben des Kunststoffs 3' vom Kern 2' mit großer Zuverlässigkeit verhindert
werden, selbst wenn Zugkräfte
hier angreifen.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, sind die Verbindungselemente 8 in
dem Bereich zwischen den Steuernieren 4, 5 angeordnet.
Dies ist der Bereich, der am stärksten
gefährdet
ist. Hier muß auch
die Fertigung mit der größten Präzision erfolgen.
Anstelle der in 1 dargestellten
nietförmigen
Verbindungselemente 8 können
an dieser Stelle auch die in 4 dargestellten
Schwalbenschwanzverbindungen verwendet werden. Selbstverständlich können die
Verbindungselemente auch in dem Bereich zwischen den Steuernieren 4, 5 und
dem radialen Außenrand des
Steuerspiegels 1 verwendet werden, wenn dies erforderlich
ist.
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Die Eigenschaft "reibungsvermindernd" des Kunststoffs 3 bezieht
sich immer auf das Material, mit dem der Steuerspiegel später zusammenarbeiten soll.
Dies ist in der Regel ein Metall, aus dem die Zylindertrommel gefertigt
ist. Durch eine geeignete Werkstoffpaarung lassen sich hier Reibungswerte
erzielen, die durchaus mit den Werten einer ölgeschmierten Kontaktfläche vergleichbar
sind oder diese sogar noch übertreffen.
Als Kunststoff für
das Spritzgußteil
kommen insbesondere Werkstoffe aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen
Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere
Polyetheretherketonen, Polyamiden, Polyacetalen, Polyarylether,
Polyethylenterephtalaten, Polyphenylensulfiden, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polyetherimiden,
Polyamidimid, Polyacrylaten, Phenol-Harzen, wie Novolack-Harzen,
oder ähnliches
in Betracht, wobei als Füllstoffe
Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Kohlenstoff, insbesondere
in Faserform, verwendet werden können.
Bei Verwendung derartiger Materialien läßt sich auch Wasser als Hydraulikflüssigkeit
verwenden.