DE4442556C2 - Hydraulische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenma­ schine mit einer Zylindertrommel, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mindestens einen Zylinder auf­ weist, der bei einer Drehung der Zylindertrommel Steu­ ernieren in einer Steuerfläche überstreicht, die sich am Hinter­ flansch des Gehäuses befindet.

Eine derartige Maschine ist aus DE 43 01 136 A1 be­ kannt.

Bei ähnlichen Maschinen, wie sie beispielsweise aus DE 37 25 361 A1 bekannt sind, muß die Zylindertrommel mit einem relativ großen Druck gegen die Steuerfläche, die auch als Steuerspiegel bezeichnet wird, gepreßt werden, um den Übergang von dem oder den Zylindern zu der Steu­ erfläche möglichst dicht zu halten. Größere Undichtig­ keiten bewirken größere Leckagen und verschlechtern damit den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine. Andererseits erhöht ein derartiger Druck zwischen Zy­ lindertrommel und Steuerfläche natürlich die Reibung, die ohne zusätzliche Maßnahmen relativ schnell zum Ver­ schleiß oder sogar zur Zerstörung der Maschine führen. Dieser Erscheinung kann teilweise durch eine Schmierung zwischen Zylindertrommel und Steuerfläche begegnet wer­ den. Hierzu wurde bislang vielfach die Hydraulikflüs­ sigkeit 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 Schmie­ rungseigenschaften aufweisen, beispielsweise die mei­ sten der bekannten synthetischen Hydrauliköle, sind unter dem Gesichtspunkt der Umweltbelastbarkeit viel­ fach nicht unbedenklich. Die meisten synthetischen Hy­ drauliköle sind giftig.

Man hat daher bei einer weiteren bekannte Maschine (DE ­ 43 01 133 A1) die Steuerfläche an einem Steuerspiegel­ körper vorgesehen, der zumindest im Bereich der Steuer­ fläche mit einer dünnen Schicht aus einem reibungsver­ mindernden Kunststoff versehen ist. Zur dauerhaften Befestigung der reibungsvermindernden Schicht an der Steuerfläche bzw. am Steuerspiegelkörper müssen eine Reihe von konstruktiven Maßnahmen getroffen werden, die die Herstellung einer derartigen Maschine verkomplizie­ ren.

DE 40 35 748 A1 zeigt eine Axialkolbenpumpe für hohe Drehzahlen, mit einer Zylindertrommel, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mindestens einen Zy­ linder aufweist, der bei einer Drehung der Zylinder­ trommel Steuernieren in einer Steuerfläche über­ streicht. Die Ventilplatte, in der die Steuerfläche angeordnet ist, kann aus einem geeigneten Lagerwerk­ stoff bestehen oder eine Schicht Lagerwerkstoffe auf der Steuerspiegelseite tragen. Als Lagerwerkstoffe kom­ men vor allem geeignete Kunststoffe in Betracht.

GB-PS 14 82 817 und US 38 90 883 zeigen beide Maschinen mit einer Zylindertrommel, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mindestens einen Zylinder aufweist, der bei einer Drehung der Zylindertrommel Steuernieren in einer Steuerfläche überstreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrau­ lische Axialkolbenmaschine auf einfache Art und Weise so auszubilden, daß sie auch mit einer Hydraulikflüs­ sigkeit betrieben werden kann, die keine oder nur ge­ ringe schmierende Eigenschaften aufweist, beispielswei­ se mit Wasser.

Diese Aufgabe wird bei einer Maschine der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Steuernieren in einem Kunststoff-Einsatz ausgebildet sind, der in einer Aufnahme im Hinterflansch der Maschine angeordnet und vom Hinterflansch weitgehend umschlossen ist.

Die Steuerfläche bildet also einen Teil der Oberfläche des Hinterflanschs des Gehäuses. Damit vermeidet man zunächst einmal ein weiteres, getrenntes Teil, nämlich den Steuerspiegelkörper. Dieser Körper war bisher not­ wendig, um die notwendige Präzision bei der Bearbeitung der Steuerfläche erreichen zu können. Der Steuerspie­ gelkörper konnte als im Verhältnis zum übrigen Gehäuse der Maschine kleines Teil mit einer erhöhten Genauig­ keitsaufwand gefertigt werden. Dadurch, daß man nun einen Kunststoffeinsatz verwendet, der im Hinterflansch der Maschine in einer Ringnut angeordnet ist, erzielt man zwei Vorteile. Zum einen läßt sich mit dem Kunst­ stoff, der zu diesem Zweck als reibungsvermindernder Kunststoff ausgebildet ist, die Funktion der Schmierung gewährleisten, die bislang von der Hydraulikflüssigkeit wahrgenommen worden ist. Zum anderen entfällt bei der Verwendung eines derartigen Kunststoffeinsatzes die genaue Bearbeitung der Steuerfläche. Man muß in der Steuerfläche vielmehr nur noch die Aufnahme für den Einsatz herstellen. Dies kann aber mit einer entspre­ chend geringeren Präzision erfolgen. Mit erhöhter Prä­ zision muß nur noch der Kunststoff-Einsatz gefertigt werden. Da der Kunststoff aber leichter als Metall zu bearbeiten ist, bereitet dies keine größeren Probleme. Dadurch, daß der Kunststoffeinsatz nunmehr im Hinter­ flansch des Gehäuses angeordnet ist, wird er auch aus­ reichend gegen die Druckkräfte unterstützt. Im Hinter­ flansch des Gehäuses steht genügend Material, genauer gesagt genügend Metall, für die Unterstützung des Kunststoffeinsatzes zur Verfügung. Trotz der Verwendung einer nicht schmierenden Hydraulikflüssigkeit, bei­ spielsweise Wasser, kann die Maschine also in diesem Bereich einfacher aufgebaut werden und ist trotzdem zu­ verlässig betreibbar.

Vorzugsweise ist auf der der Zylindertrommel abgewand­ ten Seite des Einsatzes mindestens ein Entlastungskanal vorgesehen. Hierdurch wird vermieden, daß sich ein Druck zwischen dem Hinterflansch und dem Einsatz auf­ bauen kann, der den Einsatz aus dem Hinterflansch her­ ausdrückt oder zwischen dem Hinterflansch und der Zy­ lindertrommel einquetscht. Der Entlastungskanal verlän­ gert also die Lebensdauer, in dem er die Beanspruchun­ gen des Einsatzes herabsetzt.

Vorzugsweise ist der Entlastungskanal durch einen am Einsatz umlaufenden Rücksprung gebildet. Der Einsatz ist, weil er aus Kunststoff besteht, leichter zu bear­ beiten als der Hinterflansch selbst. Außerdem erreicht man durch diese Maßnahme, daß der Entlastungskanal ge­ nau dort ist, wo er notwendig ist, nämlich am Einsatz.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Entlastungs­ kanal über mindestens eine Leitung mit dem Inneren des Gehäuses verbunden. Im Inneren des Gehäuses herrscht normalerweise Umgebungsdruck oder Tankdruck, so daß möglicherweise in den Entlastungskanal eingedrungene Flüssigkeit hier leicht abfließen kann.

Vorteilhafterweise steht der Einsatz über den Hinter­ flansch in Richtung auf die Zylindertrommel vor. Auf diese Weise wird recht zuverlässig sichergestellt, daß die Zylindertrommel nur am Einsatz reibt und nicht am Hinterflansch selbst. Der Überstand des Einsatzes über den Hinterflansch kann gering gehalten werden. Er muß nur so hoch sein, daß eine Berührung zwischen Zylinder­ trommel und Hinterflansch vermieden wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist der Einsatz ringförmig ausgebildet und in Radialrichtung geteilt. Er besteht also sozusagen in Radialrichtung aus einem inneren Ring und einem äußeren Ring. Durch die ringförmige Ausbildung bietet sich der Zylinder­ trommel eine geschlossene ringförmige Fläche, die nur durch die Steuernieren unterbrochen wird. Probleme, die durch Übergänge oder Stufen entstehen könnten, werden hierdurch von vornherein ausgeschlossen. Bei derartigen Einsätzen hat es sich gezeigt, daß der Kunststoffein­ satz bei extremen Belastungen unter der Einwirkung der dann auftretenden hohen Kräfte bricht, wobei die Bruch­ stelle nur schwer zu kontrollieren ist. Durch die ra­ diale Trennung wird diese Bruchstelle sozusagen vorweg­ genommen.

In einer zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung kann der Einsatz zwischen den Steuernieren einen Ver­ stärkungskern aufweisen, der von einer dünnen Kunst­ stoffschicht umgeben ist. Hierdurch erhält der Einsatz eine höhere Festigkeit, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die auftretenden Kräfte zu Brüchen oder anderen Beschädigungen führen, geringer gehalten wird.

Vorzugsweise ist zwischen dem Einsatz und der Zylinder­ trommel eine Druckplatte angeordnet. Eine derartige Druckplatte kann bei der Betrachtung des der vorliegen­ den Erfindung zugrunde liegenden Teils der hydrau­ lischen Maschine als Teil der Zylindertrommel angesehen werden. Die Druckplatte ermöglicht eine bessere Ausba­ lancierung der auf die Zylindertrommel wirkenden Kräf­ te.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei bevor­ zugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Maschine einer ersten Ausfüh­ rungsform im Schnitt etwa entlang der Linie I-I nach Fig. 2,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Hinterflansch,

Fig. 3 eine zweite Ausgestaltung einer hydraulischen Maschine etwa im Schnitt III-III nach Fig. 4 und

Fig. 4 eine Draufsicht auf den Hinterflansch der hy­ draulischen Maschine nach Fig. 3.

Eine hydraulische Maschine 1 weist einen Zylinderkörper 2 auf, in dem ein Zylinder 3 angeordnet ist. Im Zylin­ der 3 ist ein Kolben 4 auf- und abbewegbar. Die Bewe­ gung des Kolbens 4 im Zylinder 3 wird auf bekannte und nicht dargestellte Art und Weise über eine Schiefschei­ be gesteuert, an der der Kolben an seinem nicht darge­ stellten Ende mit Hilfe eines Gleitschuhs anliegt.

Am dargestellten Ende der Zylindertrommel 2 ist eine Druckplatte 5 vorgesehen, die für jeden Zylinder 3 eine Durchgangsöffnung 6 aufweist. Die Druckplatte 5 ist über Steckbuchsen 7 so mit der Zylindertrommel 2 ver­ bunden, daß ein flüssigkeitsdichter Übergang zwischen der Durchgangsöffnung 6 und dem zugeordneten Zylinder 3 möglich ist. Für die Zwecke der folgenden Darstellung läßt sich die Druckplatte 5 als Teil der Zylindertrom­ mel 2 auffassen.

Die Druckplatte 5 weist eine Kontaktfläche 8 auf, die einem Hinterflansch 9, also einem Gehäuseteil, der hy­ draulischen Maschine 1 zugewandt ist. Die Kontaktfläche 8 liegt jedoch nicht an dem Hinterflansch 9 an, sondern nur an einem Einsatz 10, der in eine Ringnut 11 im Hin­ terflansch 9 eingesetzt ist. Der Einsatz 10 besteht aus einem reibungsverminderdem Kunststoff. Als Kunststoff für den Einsatz kommen insbesondere Werkstoffe aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Kunststoffe auf der Basis von Polyaryletherketonen, insbesondere Poly­ etheretherketone (PEEK), Polyamide, Polyacetalene, Po­ lyarylether, Polyethylenterephtalate, Polyphenylensul­ fide, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyetherimide, Polyamidimide, Polyacrylate, Phenol-Harze, wie Novo­ lack-Harze, oder ähnliches in Betracht, wobei als Füll­ stoffe Glas, Graphit, Polytetrafluorethylen oder Koh­ lenstoff, insbesondere in Faserform, verwendet werden können.

Der Einsatz 10 ragt etwas aus dem Hinterflansch 9 her­ aus. In der Zeichnung ist der Überstand übertrieben groß dargestellt. Notwendig ist er nur in einer Höhe, die ausreicht, daß die Kontaktfläche 8 der Druckplatte 5 nicht in Berührung mit dem Hinterflansch 9 selbst kommt.

Durch diese Ausgestaltung ist der Einsatz 10 weitgehend vom Material des Hinterflansches 9, der in der Regel aus Eisen oder einem anderen Metall besteht, umschlos­ sen, so daß er auch bei erheblichen Druckkräften, die auf ihn wirken können, ausreichend abgestützt ist und nicht in nennenswertem Maße verformt werden kann.

Der Einsatz 10 ist in radialer Richtung zweigeteilt, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Er besteht also einem inne­ ren Teil 12 und einem radial äußeren Teil 13, die durch eine Trennfuge 14 voneinander getrennt sind. Diese Trennfuge 14 bildet sozusagen eine vorweggenommene Bruchstelle, so daß Unterschiede von Axialkräften, die auf unterschiedliche radiale Bereiche des Einsatzes 10 wirken können, nicht zu einer Beschädigung des Einsat­ zes 10 führen.

Im Einsatz 10 sind zwei Steuernieren 15, 16 angeordnet, die bei einer Drehung der Zylindertrommel 2 mit Druck­ platte 5 abwechselnd in Verbindung mit dem Zylinder 3 kommen. Hierbei dient eine Steuerniere als Zuflußöff­ nung, während die andere als Abflußöffnung dient. Der­ artige Steuernieren an sich sind bekannt und werden daher nicht weiter diskutiert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist sowohl radial innen als auch radial außen am Einsatz 10 jeweils ein Entla­ stungskanal 17, 18 vorgesehen, wobei der radiale äußere Entlastungskanal 17 über eine Öffnung 19 und der radial innere Entlastungskanal 18 über eine Öffnung 20 mit dem Inneren des nicht näher dargestellten Gehäuses der hy­ draulischen Maschine 1 in Verbindung steht. Natürlich können in Umfangsrichtung verteilt mehrere derartige Öffnungen 19, 20 vorgesehen sein. Hydraulikflüssigkeit, die auf irgendeine Art und Weise den Weg zwischen Ein­ satz 10 und Hinterflansch 9 findet, kann durch den je­ weiligen Entlastungskanal 17, 18 und die Öffnung 19, 20 in das Innere des Gehäuses entweichen, so daß sich kein Druck zwischen dem Einsatz 10 und dem Hinterflansch 9 des Gehäuses aufbauen kann. Die Entlastungskanäle 17, 18 sind in der dargestellten Ausführung dadurch gebil­ det, daß der Einsatz 10 an seinem in den Hinterflansch 9 eingesetzten Ende mit ringförmigen Rücksprüngen ver­ sehen ist, die zusammen mit der Nut 11 die entsprechen­ den Entlastungskanäle 17, 18 bilden.

Der Einsatz 10 ist im Hinterflansch 9 gegen Verdrehen gesichert. Als Verdrehsicherung kann beispielsweise ein Vorsprung vorgesehen sein, der in eine Ausnehmung ein­ gesetzt ist. Es ist aber auch möglich, den Einsatz 10 durch Preßpassung im Gehäuse zu befestigen.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung, die ohne Druck­ platte auskommt. Entsprechende Teile sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen.

Diese Ausgestaltung der hydraulischen Maschine 101 kommt ohne Druckplatte aus. Die Zylindertrommel 102 hat am Ausgang des Zylinders 103 die Durchgangsöffnung 106, die über die Kontaktfläche 108 direkt mit dem Einsatz 110 in Verbindung steht. Der Einsatz ragt, wie bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 auch, etwa aus dem Hinter­ flansch 109 der Maschine 101 hervor.

Der Einsatz 110 dieses Ausführungsbeispiels ist nicht zweigeteilt. Er weist statt dessen einen Kern 121 aus Metall auf, der zwischen den Steuernieren 115, 116 an­ geordnet ist und zur Verstärkung des Einsatzes 110 dient. Der Kern 121 ist in Fig. 4 gestrichelt darge­ stellt. Genauer gesagt handelt es sich um zwei Kerne in den beiden Lücken zwischen den beiden Steuernieren 115, 116. Natürlich kann sich der Metallkern 121 auch über den gesamten Umfang des Einsatzes 110 erstrecken, also auch an den Steuernieren 115, 116 vorbei. Auch ist eine radiale Teilung des Einsatzes denkbar, bei der dann auch der Kern 121 radial geteilt sein kann.

Natürlich kann auch eine Ausführungsform, die einen Kern 121 aufweist, in Radialrichtung geteilt sein. Auch ist es möglich, den Einsatz 110 in der Ausgestaltung nach den Fig. 1 und 2 zu verwenden, wie es auch möglich ist, den Einsatz 10 in der Ausgestaltung nach den Fig. 3 und 4 zu verwenden.

Auch in der Ausgestaltung nach Fig. 3 und 4 sind die Entlastungskanäle 17, 18 notwendig, die hier aber nicht dargestellt sind. In diesem Fall kann man nämlich die Zylindertrommel 102 mit einer so großen Kraft gegen den Einsatz 110 im Hinterflansch 109 der Maschine pressen, daß der von eindringender Flüssigkeit aufgebaute Druck nicht ausreichen würde, um den Einsatz 110 aus dem Hin­ terflansch 109 herauszutreiben oder ihn zu beschädigen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Fläche des Ein­ satzes 10, die einem Lecköldruck aus dem Hinterflansch 9 ausgesetzt ist, also die in den Hinterflansch 9 ein­ gesetzt ist, kleiner als die Fläche, die der Druckplat­ te 5 gegenüberliegt. Die Flächendifferenz wird durch die Flächen der Entlastungskanäle 17, 18 gebildet. Dort kann sich kein Druck aufbauen, weil in den Entlastungs­ kanälen 17, 18 Tankdruck bzw. der Druck im Inneren des Gehäuses herrscht. Die von den Lecköldrücken auf den Einsatz 10 ausgeübten Kräfte sind in ihrer Summe so gerichtet, daß der Einsatz 10 im Hinterflansch 9 fest­ gehalten wird. Die gleiche Flächenbeziehung ergibt sich bei der Ausgestaltung nach Fig. 3 und 4.

Claims (8)

1. Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Zylin­ dertrommel, die in einem Gehäuse drehbar gelagert ist und mindestens einen Zylinder aufweist, der bei einer Drehung derbe Zylindertrommel Steuernieren in einer Steuerfläche überstreicht, die sich am Hinterflansch des Gehäuses befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuernieren (15, 16; 115, 116) in einem Kunst­ stoff-Einsatz (10, 110) ausgebildet sind, der in einer Aufnahme (11, 111) im Hinterflansch (9, 109) der Maschine (1, 101) angeordnet und vom Hinter­ flansch (9, 109) weitgehend umschlossen ist.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Zylindertrommel (2) abgewandten Seite des Einsatzes (10) mindestens ein Ent­ lastungskanal (17, 18) vorgesehen ist.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlastungskanal (17, 18) durch einen am Einsatz (10) umlaufenden Rücksprung gebildet ist.

4. Maschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Entlastungskanal (17, 18) über mindestens eine Leitung (19, 20) mit dem Inneren des Gehäuses verbunden ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10, 110) über den Hinterflansch (9, 109) in Richtung auf die Zylin­ dertrommel (2, 102) vorsteht.

6. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (10, 110) ringför­ mig ausgebildet und in Radialrichtung geteilt ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (110) zwischen den Steuernieren (115, 116) einen Verstärkungskern (121) aufweist, der von einer dünnen Kunst­ stoffschicht umgeben ist.

8. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Einsatz (10) und der Zylindertrommel (2) eine Druckplatte (5) ange­ ordnet ist.