DE4499555C2

DE4499555C2 - Hydraulic piston machine

Info

Publication number: DE4499555C2
Application number: DE4499555A
Authority: DE
Inventors: Vagn Bender; Jens Joergen Nielsen; Hardy Peter Jepsen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1993-12-08
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1998-11-12
Anticipated expiration: 2014-12-01
Also published as: DE4499555T1; AU1191295A; DK137393D0; WO1995016128A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine zum Betrieb mit einer schmierstofffrei en, auf Wasser basierenden Druckflüssigkeit mit einer drehbaren Welle, die mit Arbeitskolben verbunden und in mindestens einem Gleitlager gelagert ist, in dem eine erste Gleitfläche aus Metall einer zweiten Gleitfläche aus Kunststoffmaterial gegenüberliegt.The present invention relates to a hydraulic Piston machine for operation with a lubricant-free s, water-based hydraulic fluid with a rotatable shaft connected to the working piston and in at least one plain bearing is stored, in which a first sliding surface made of metal and a second sliding surface made of plastic material.

Die in der Praxis bekannten hydraulischen Kolbenmaschi nen, durch die eine schmierstofffreie, auf Wasser ba sierende Druckflüssigkeit fließt, weisen geschlossene, ölgeschmierte Gleitlager auf. Der Grund ist, daß es bis jetzt unmöglich gewesen ist, eine hydraulische Kolben maschine mit Gleitlagern zu entwerfen, durch die eine schmierstofffreie, auf Wasser basierende Druckflüssig keit fließt. In der Praxis hat es sich als unmöglich herausgestellt, diese hydraulischen Kolbenmaschinen zum Arbeiten zu bringen, insbesondere unter hohen Lasten mit den daraus folgenden hohen Drücken von z. B. 200 bar und hohen Drehgeschwindigkeiten.The hydraulic piston machines known in practice through which a lubricant-free, on water ba hydraulic fluid flows, have closed, oil-lubricated plain bearings. The reason is that it is up has now been impossible to use a hydraulic piston to design a machine with plain bearings through which one Lubricant-free, water-based hydraulic fluid speed flows. In practice, it has proven impossible exposed these hydraulic piston machines for Bring work, especially under high loads with the resulting high pressures of z. B. 200 bar and high rotation speeds.

DE 37 34 926 A1 zeigt einen Kolbenmotor, insbesondere einen Radialkolbenmotor, mit einem Exzenter, der in einem Gleitlager gelagert ist, das über eine Verbin dungsbohrung mit der Druckmittelzuführungsleitung, die auch die Druckmittelversorgung der Kolben sicherstellt, verbunden ist.DE 37 34 926 A1 shows a piston engine, in particular a radial piston motor, with an eccentric, which in a plain bearing is mounted, which is a Verbin bore with the pressure medium supply line, the also ensures the pressure medium supply to the pistons, connected is.

Aus EP 0 512 138 ist eine hydraulische Kolbenpumpe des in der Einleitung erwähnten Typs bekannt, bei dem die Antriebswelle aus Metall besteht und die Lagereinsätze der radialen Gleitlager aus hochstabilem, thermoplasti schem Material, das auf Polyetheretherketonen basiert, gebildet sind. Die Kolbenpumpe weist auch Kolben aus Metall auf, die in Zylindereinsätzen aus dem erwähnten Plastikmaterial mit einem genau definierten ringförmi gen Spalt laufen, der einen Kühlstrom von Wasser im Betrieb sicherstellt. Die Pumpenwelle weist außerdem Kühldurchgänge für den Zutritt von Wasser zu den Radi algleitlagern auf. Die Beschreibung gibt jedoch keine Hinweise zum Lösen der Probleme, die die Gleitlager betreffen, die sich in der Praxis ergeben haben, wenn die Pumpe bei hohen Temperaturen und/oder hohen Rota tionsgeschwindigkeiten angetrieben werden muß.From EP 0 512 138 a hydraulic piston pump is the known in the introduction, in which the Drive shaft is made of metal and the bearing inserts the radial plain bearing made of highly stable, thermoplastic chemical material based on polyether ether ketones, are formed. The piston pump also has pistons Metal on the cylinder inserts from the mentioned Plastic material with a precisely defined ring shape run towards the gap, which a cooling stream of water in the Ensures operation. The pump shaft also points Cooling passages for the access of water to the radi algleitlager on. However, the description does not give any Instructions for solving the problems facing the plain bearing concern those that have arisen in practice if the pump at high temperatures and / or high rota tion speeds must be driven.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hydraulische Kolbenmaschine der eingangs genannten Art anzugeben, die mit einer schmierstofffreien, auf Wasser basierenden Druckflüssigkeit zuverlässig betrie ben werden kann.It is therefore the object of the present invention a hydraulic piston machine of the aforementioned Specify the type with a lubricant-free, on Operate water-based hydraulic fluid reliably can be used.

Insbesondere unter schwierigen Betriebsbedingungen und hohen Lagerbelastungen muß die Kolbenmaschine zuverläs sig arbeiten, ohne jedes Risiko, daß die Lager zusam menbrechen. Especially under difficult operating conditions and the piston machine must be able to withstand high bearing loads sig work without any risk that the bearings together men break.

Die hydraulische Kolbenmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gleit lager in einem Lastbereich, der unter dem Einfluß der Arbeitskolben im Betrieb permanent unter Last steht, mindestens eine Ausnehmung vorgesehen ist, die mit Druckflüssigkeit versorgt wird, um mindestens einen Teil der Last aufzunehmen.The hydraulic piston machine according to the present Invention is characterized in that in the sliding bearings in a load area that is influenced by the The working piston is permanently under load during operation, at least one recess is provided, which with Hydraulic fluid is supplied to at least one To take part of the load.

Die Ausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung ver mindert die Reibungsbelastung und damit den mechani schen Verschleiß in dem Gleitlager. Deswegen kann eine wasserbetriebene hydraulische Kolbenmaschine nach der Erfindung eine beträchtlich längere Lebensdauer erzie len als die von EP 0 512 138 bekannte Ausgestaltung. Dies gilt insbesondere bei zeitweilig aussetzender Be triebsweise, wo die Maschine oft gestartet und angehal ten wird.The design according to the present invention ver reduces the friction load and thus the mechani wear in the plain bearing. That's why one water powered hydraulic piston machine after the Invention educate a significantly longer life len as the embodiment known from EP 0 512 138. This applies in particular in the case of temporarily suspended loading drive mode, where the machine often starts and stops will.

Es muß angenommen werden, daß die längere Lebensdauer unter anderem durch einen verminderten Oberflächendruck zwischen den Gleitflächen verursacht wird. In dem am höchsten belasteten Bereich des Gleitlagers, der andau ernd einer Last von den Arbeitskolben unterworfen ist, wird ein Teil einer Gleitfläche durch die Druck flüssigkeit in der Ausnehmung ersetzt, so daß überhaupt kein Oberflächenkontakt zwischen den Gleitflächen in diesem Bereich auftritt. Die unmittelbar umgebenden Bereiche werden mit einem niedrigerem Oberflächendruck als in der bekannten Ausgestaltung belastet. Dies ist insbesondere in der Start- und Stopsituation vorteil haft, in der die Oberflächen voneinander weggezogen werden bzw. zur Anlage aneinander kommen, aber es ver mindert ebenfalls die Reibung und dadurch die Erzeugung von Wärme während normalen Betriebs.It must be assumed that the longer lifespan among other things through a reduced surface pressure between the sliding surfaces. In the on highest loaded area of the plain bearing, the andau is subjected to a load from the working pistons, becomes part of a sliding surface by the pressure liquid replaced in the recess, so that at all no surface contact between the sliding surfaces this area occurs. The immediately surrounding ones Areas will have a lower surface pressure than charged in the known embodiment. This is particularly advantageous in the start and stop situation sticky in which the surfaces are pulled away from each other will come together or come to the plant, but it ver also reduces friction and thereby generation of heat during normal operation.

Zusätzlich wird ein bestimmtes Volumen der Druckflüs sigkeit im Betrieb zwischen den Gleitflächen von der Ausnehmung durchsickern, wodurch die Oberflächen von einander getrennt und gekühlt werden. Die Reibungswärme in dem Lager wird durch dieses Kühlen leichter entfernt als durch Wärmeleitung, weil die geeigneten Kunststoff materialien schlechte Wärmeleiter sind. In addition, a certain volume of pressure flows liquid in operation between the sliding surfaces of the Leakage recess, causing the surfaces of be separated and cooled. The frictional heat This cooling in the bearing is more easily removed than through heat conduction because of the appropriate plastic materials are poor heat conductors.

Während des anfänglichen Betriebs einer neuen Kolbenma schine wird eine bestimmte Abnutzung von Unregelmäßig keiten und leichter Rauhheit in der Oberfläche der Gleitlageroberfläche stattfinden, die aus Kunststoff material gebildet ist. Viele der abgetragenen, verla gerten Kunststoffpartikel, die sich zur gleichen Zeit auf der gegenüberliegenden Gleitlageroberfläche aus Me tall ablagern, werden im Betrieb zu einem reibungsarmen Gleiten zwischen den Oberflächen beitragen. Das Abnut zen wird sich fortsetzen, bis die Kunststoffoberfläche ihre Form an die gegenüberliegende Metalloberfläche angepaßt hat. Die Anpassung der Lagerflächen wird zur gleichen Zeit diesen großen Berührungsbereich während hoher Belastung der Antriebswelle bilden, was der Hauptgrund für vergrößerte Reibung und starke Wärmeent wicklung bei den bekannten hydraulische Kolbenmaschinen ist.During the initial operation of a new piston engine Machine becomes a certain wear from irregular and slight roughness in the surface of the Plain bearing surface take place made of plastic material is formed. Many of the worn, left plastic particles that accumulate at the same time on the opposite slide bearing surface made of Me tall deposit, become a low-friction in operation Sliding between the surfaces contribute. The Abnut zen will continue until the plastic surface their shape on the opposite metal surface has adjusted. The adaptation of the storage areas becomes at the same time this large area of contact high load on the drive shaft form what the Main reason for increased friction and strong heat winding in the known hydraulic piston machines is.

In dem Fall der hydraulische Kolbenmaschine nach der vorliegenden Erfindung wird kontinuierlich eine hydro statische Druckflüssigkeitstasche in der Ausnehmung des Gleitlagers aufgebaut. Die Druckflüssigkeitstasche un terstützt und kühlt die einander gegenüberliegenden Gleitflächen. Zur gleichen Zeit wird der Oberflächen druck zwischen den gleitenden Oberflächen außerhalb der Ausnehmung wesentlich vermindert, was die Reibung und die daraus resultierende Reibungswärme vermindert. Durch Aufbauen eines insbesondere hohen hydrostatischen Flüssigkeitsdrucks in der Tasche der Ausnehmung kann die Antriebswelle scheinbar frei von dem Lagereinsatz abgehoben werden unter Ausbildung eines dünnen, ring förmigen Spalts zwischen den Oberflächen, durch die im Betrieb kühlende Druckflüssigkeit aus der Ausnehmung fließt.In the case of the hydraulic piston machine after the The present invention is continuously a hydro static hydraulic fluid pocket in the recess of the Slide bearing built. The hydraulic fluid bag un supports and cools the opposing ones Sliding surfaces. At the same time the surface pressure between the sliding surfaces outside the Recess significantly reduced what the friction and the resulting frictional heat is reduced. By building a particularly high hydrostatic Fluid pressure in the pocket of the recess can the drive shaft apparently free from the bearing insert be lifted off forming a thin, ring shaped gap between the surfaces through which in the Operation cooling hydraulic fluid from the recess flows.

Durch die Ausgestaltung nach der vorliegenden Erfindung kann eine vergrößerte Rotationsgeschwindigkeit bei un verändertem Betriebsdruck realisiert werden, oder al ternativ dazu ein vergrößerter Betriebsdruck bei unver änderter Rotationsgeschwindigkeit. Dies muß ebenfalls als ein Ergebnis des verminderten Oberflächendrucks und des Trennungs- und Kühlungseffekts der zugeführten Druckflüssigkeit angesehen werden.By the design according to the present invention can an increased rotation speed at un changed operating pressure can be realized, or al Alternatively, an increased operating pressure at un changed rotation speed. This must also as a result of the reduced surface pressure and the separation and cooling effect of the supplied Hydraulic fluid can be viewed.

Ein weiterer Vorteil der Gestaltung nach der vorliegen den Erfindung ist das leichtere Starten der Maschine. Es hat sich gezeigt, daß eine hydraulische Maschine mit Gleitlagern, die nach der vorliegenden Erfindung ge staltet worden sind, ein beträchtlich höheres Startmo ment erzielen kann als eine Maschine, bei der die Gleitlager nicht in der gezeigten Art gestaltet sind. Es muß angenommen werden, daß das leichtere Starten das Ergebnis der wesentlich verminderten Lagerreibung ist.Another advantage of the design according to the present the invention is the easier starting of the machine. It has been shown that a hydraulic machine with Plain bearings, the ge according to the present invention have been designed, a considerably higher starting mo can achieve as a machine in which the Plain bearings are not designed in the manner shown. It must be assumed that easier starting is the The result of the significantly reduced bearing friction is.

Wenn es nicht wünschenswert ist, diese Betriebsvorteile auszunutzen, kann die Erfindung verwendet werden, um die hydraulische Maschine billiger zu machen, weil die verminderte mechanische Belastung und der verminderte Verschleiß in dem Gleitlager die Verwendung eines bil ligeren Kunststoffmaterials mit geringeren Festigkeits eigenschaften und höherer Temperaturempfindlichkeit erlaubt, ohne die Leistung der Maschine zu vermindern.If it is not desirable, these operational benefits to exploit, the invention can be used to to make the hydraulic machine cheaper because the reduced mechanical stress and the decreased Wear in the plain bearing using a bil ligeren plastic material with lower strength properties and higher temperature sensitivity allowed without reducing the performance of the machine.

Die Ausführungsform nach Anspruch 2 ist insbesondere Vorteilhaft, wenn es wünschenswert ist, das Starten der Maschine zu erleichtern, ohne den volumetrischen Wir kungsgrad zu vermindern. Wenn sich die Gleitflächen beim Starten der Maschine voneinander gelöst haben, wird die Druckflüssigkeit in der Ausnehmung dazu ten dieren, die Gleitflächen voneinander wegzudrücken, so daß ein Spalt zwischen den Gleitflächen gebildet wird. Gleitlager dieser Art sind normalerweise mit einem re lativ großen Lagerspiel bis hinauf zu einem oder mehre ren Zehntel Millimetern gestaltet - beträchtlich größer als im Fall von ölgetriebenen hydraulischen Maschinen. Die mögliche Spaltausbildung wird einen ziemlich be trächtlichen Druckflüssigkeitsstrom während des Be triebs erlauben, wenn man die niedrige Viskosität von Wasser in Betracht zieht. Das Drosseln bewirkt, daß der Druck in der Ausnehmung und dadurch die Spaltbreite mit zunehmendem Leckstrom fällt, so daß die Leckage aus der Ausnehmung selbststabilisierend wird und auf ein akzep tables Niveau vermindert werden kann.The embodiment according to claim 2 is particular Advantageous if it is desirable to start the To facilitate machine without the volumetric we reduce degree of efficiency. If the sliding surfaces separated from each other when starting the machine, the hydraulic fluid in the recess will do this dieren push the sliding surfaces away from each other, so that a gap is formed between the sliding surfaces. Plain bearings of this type are usually with a re relatively large camp clearance up to one or more designed a tenth of a millimeter - considerably larger than in the case of oil driven hydraulic machines. The possible gap formation is quite a be pregnant fluid flow during loading drive if you consider the low viscosity of Is considering water. The throttling causes the Pressure in the recess and thereby the gap width increasing leakage current falls, so that the leakage from the Recess becomes self-stabilizing and on an accept table level can be reduced.

Die Ausführungsform nach Anspruch 3 ist besonders ein fach in der Herstellung. Man kann sich jedoch auch an dere Ausführungsformen vorstellen, bei denen das Dros seln durch eine Ventilanordnung bewirkt wird, weil das Drosseln von externen Parametern, beispielsweise Last, Rotationsgeschwindigkeit, Druckflüssigkeitsstrom etc., abhängig gemacht werden kann.The embodiment according to claim 3 is particularly a skilled in manufacturing. However, you can also look at present embodiments in which the Dros seln is caused by a valve assembly because that Throttling of external parameters, e.g. load, Rotation speed, hydraulic fluid flow etc., can be made dependent.

Durch die Ausführungsform nach Anspruch 4 hat eine was sergetriebene hydraulische Maschine den besonderen Vor teil, daß es die Leckage aus der Ausnehmung unabhängig von dem allgemeinen Lagerspiel macht. Zusätzlich wird eine Maschine, die auf diese Art gestaltet ist, gegen äußere Belastungen der Welle weniger empfindlich sein, die der mechanischen Last von den Arbeitskolben entge genwirken. Ein beweglicher Gleitschuh kann allen Bewe gungen im Lager folgen und dadurch die Breite des Lec kagespalts um die Ausnehmung herum konstant halten. Zusätzlich erlaubt die Ausführungsform mit einem Steg um die Ausnehmung herum ein konstruktives Einstellen der Leckagerate unabhängig von dem Lagerspiel.By the embodiment according to claim 4 has what driven hydraulic machine the special advantage part that it is the leakage from the recess regardless of the general camp game. In addition, a machine designed in this way against external loads on the shaft are less sensitive, which counteracts the mechanical load from the working pistons counteract. A moveable glide shoe can be used by everyone followed in the warehouse and thereby the width of the Lec Keep the gap around the recess constant. In addition, the embodiment with a web allows constructive adjustment around the recess the leakage rate regardless of the bearing play.

Die Ansprüche 5, 6 und 7 zeigen geeignete konstruktive Ausgestaltungen. Das Bereichsverhältnis zwischen der Ausnehmung mit dem umgebenden Steg bzw. der anderen Endfläche des Gleitschuhs, siehe Anspruch 7, ist ent scheidend für die Kraft, die auf den Gleitschuh in der Richtung auf die gegenüberliegende Gleitfläche wirkt und beeinflußt deswegen die Leckrate und den sich erge benden Verschleiß der Gleitflächen.Claims 5, 6 and 7 show suitable constructive Configurations. The area ratio between the Recess with the surrounding web or the other End surface of the slide shoe, see claim 7, is ent deciding for the force on the shoe in the Direction acts on the opposite sliding surface and therefore affects the leak rate and the result wear of the sliding surfaces.

In einer Maschine, bei der die Welle in bezug auf die Arbeitskolben rotiert und das Gleitlager ein Radialla ger ist, gibt es normalerweise einen Bereich auf einer Gleitfläche auf der Welle, die andauernd einer mechani schen Belastung von den Kolben ausgesetzt ist. Bei spielsweise kann die Welle mit einer Exzentrität ver sehen sein, auf die bei der Drehung der Welle abwech selnd die Arbeitskolben wirken, wie in einem Radialkol benmotor, siehe die Ausführungsform in Anspruch 8. In diesem Fall bedeckt der belastete Bereich in dem Gleit lager einen gewissen Bereich um eine geometrische Posi tion herum in Bezug zu der Exzentrität und ist deswegen stationär in Beziehung zu der Welle, während die Bela stung auf der gegenüberliegenden Gleitfläche in dem Radiallager rotieren wird.In a machine where the shaft is in relation to the The working piston rotates and the plain bearing is a Radialla ger, there is usually an area on one Sliding surface on the shaft, which is constantly a mechani the piston. At for example, the shaft may have an eccentricity be seen on which alternate when the shaft rotates the working pistons act as if they were in a radial piston benmotor, see the embodiment in claim 8. In in this case the loaded area covered in the slide store a certain area around a geometric posi tion around in relation to the eccentricity and that's why stationary in relation to the wave while the Bela on the opposite sliding surface in the Radial bearing will rotate.

In dem Fall einer Maschine, bei der die Arbeitskolben synchron mit der Rotation der Welle in einem stationä ren Gehäuse rotieren, wie zum Beispiel in einer Axial kolbenmaschine, findet die Kraftübertragung von den Kolben normalerweise auf einer Reaktionsfläche in einer festen Beziehung zu dem Gehäuse statt, wie beispiels weise eine geneigte Fläche. In diesem Fall wird es die stationäre Gleitfläche des Gleitlagers sein, die eine andauernde mechanische Belastung von den Kolben aufneh men muß, und in dieser Situation kann die Erfindung so realisiert werden, wie dies in Anspruch 9 angegeben ist.In the case of a machine where the working pistons synchronized with the rotation of the shaft in a stationary Rotate their housing, such as in an axial piston machine, finds the power transmission from the Piston normally on a reaction surface in one fixed relationship to the housing instead, such as wise an inclined surface. In this case it will be stationary sliding surface of the plain bearing, the one Continuous mechanical load from the pistons men must, and in this situation, the invention can be realized as stated in claim 9 is.

Eine der beiden gegenüberliegenden Gleitflächen des Radialgleitlagers ist aus Metall, vorzugsweise Stahl, und die andere Fläche des Gleitlagers ist aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus der Gruppe der hochfesten thermoplastischen Materialien, die auf Polyaryletherketonen beruhen, insbesondere Polyether etherketone (PEEK), Polyamine, Polyacetaline, Polyaryl ether, Polyethylenephthalephthalate, Polyphenylensul phide, Polysulphone, Polyethersulphone, Polyetherimide, Polyamidimide, Polyacrylate, die Füllstoffe aus Glas, Graphit, Polytetrafluoroethylen oder Carbon aufweisen können, insbesondere in Faserform.One of the two opposite sliding surfaces of the Radial plain bearing is made of metal, preferably steel, and the other surface of the plain bearing is one thermoplastic material, especially from the group of high-strength thermoplastic materials based on Polyaryl ether ketones are based, especially polyethers etherketones (PEEK), polyamines, polyacetalins, polyaryl ether, polyethylene phthalate, polyphenylene sul phide, polysulphone, polyether sulphone, polyetherimide, Polyamide imides, polyacrylates, the fillers made of glass, Have graphite, polytetrafluoroethylene or carbon can, especially in fiber form.

Somit ist es möglich, eine der Gleitflächen des Gleit lagers aus vielen verschiedenen Typen von Kunststoff materialien herzustellen, auch einschließlich preisgün stiger Kunststoffmaterialien mit niedrigerer struktu reller Festigkeit und höherer Empfindlichkeit auf Wärme als hochfeste Kunststoffmaterialien, sowie Polyetheret herketone aus der Gruppe der Konstruktionskunststoff materialien.Thus, it is possible to slide one of the sliding surfaces bearings made of many different types of plastic to manufacture materials, including prices stiger plastic materials with lower structure strength and sensitivity to heat as high-strength plastic materials, as well as polyetheret hercetones from the group of engineering plastics materials.

Die hydraulische Kolbenmaschine nach der vorliegenden Erfindung kann mit besonderem Vorteil in einer hydrau lischen Anlage verwendet werden, die mit Wasser als Druckflüssigkeit betrieben wird. Beispielsweise kann es steriles Wasser in einer hydraulischen Anlage sein, die in einer Lebensmittelverarbeitungsproduktion verwendet wird, beispielsweise einer Schlachterei.The hydraulic piston machine according to the present Invention can be particularly advantageous in a hydrau system used with water as Hydraulic fluid is operated. For example, it can be sterile water in a hydraulic system that used in a food processing production a slaughterhouse.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen und die Zeichnung be schrieben, worinThe invention will now be described with reference to FIG preferred embodiments and the drawing be wrote in what

Fig. 1 einen Axialschnitt eines hydraulischen Radial kolbenmotors nach der vorliegenden Erfindung zeigt, Fig. 1 shows an axial section of a hydraulic radial piston motor according to the present invention;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach Fig. 1 durch das Radialgleitlager des Radialkol benmotors, Fig. 2 piston engine is a section along the line II-II of FIG. 1 by the radial plain bearing of the Radialkol,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III nach Fig. 1, um die Anordnung der fünf Kolben des Motors zu zeigen,3 shows the arrangement of the five pistons to show. A section along the line III-III of FIG. 1, the engine,

Fig. 4 in axialem Schnitt einen Axialkolbenmotor nach der vorliegenden Erfindung, Fig. 4, in axial section an axial piston motor according to the present invention

Fig. 5 in der gleichen Weise eine Axialkolbenpumpe nach der vorliegenden Erfindung, wo die Antriebswelle in dem Gehäuse einen größeren Lagerdurchmesser hat, und Fig. 5 in the same way an axial piston pump according to the present invention, where the drive shaft in the housing has a larger bearing diameter, and

Fig. 6 dieselbe, gezeigt im Querschnitt, jedoch mit einer anderen Ausführungsform des Lagers. Fig. 6 the same, shown in cross section, but with a different embodiment of the bearing.

Der in Fig. 1 gezeigte Radialkolbenmotor weist ein um gebendes Gehäuse 2 auf, durch welches ein Strom von schmierstofffreier, auf Wasser basierender Druckflüs sigkeit, beispielsweise Leitungswasser, fließt, das durch einen Druckeingang 3 zugeführt wird. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann der Radialkolbenmotor 1 fünf Kolben 4 aufweisen, die über einen exzentrischen Teil 5 die An triebswelle 6 des Motors rotieren lassen. In der ge zeigten Ausführungsform ist die Antriebswelle 6 aus Stahl hergestellt und weist äußere Gleitflächen 7 auf, die gegen innere Gleitflächen 8 auf Lagereinsätzen 9 abgestützt werden, die in dem Gehäuse 2 angeordnet sind. Beispielsweise können die Lagereinsätze als eine Hülse von hochfestem thermoplastischem Material auf Polyetheretherketonbasis, das mit Kohlefasern verstärkt ist, ausgestaltet sein, aber sie können auch aus ther moplastischen Materialien mit geringerer Festigkeit, beispielsweise Polyamid, hergestellt sein. Das gesamte Gehäuse 2 kann jedoch ebenfalls aus Kunststoffmaterial gemacht sein, so daß die Lagereinsätze oder die Hülsen in dem Gehäusematerial aufgenommen sind. The radial piston motor shown in Fig. 1 has a surrounding housing 2 , through which a stream of lubricant-free, water-based Druckflüs liquid, for example tap water, flows, which is fed through a pressure inlet 3 . As shown in Fig. 3, the radial piston motor 1 may have five pistons 4 , which can rotate the drive shaft 6 of the motor via an eccentric part 5 . In the embodiment shown, the drive shaft 6 is made of steel and has outer sliding surfaces 7 , which are supported against inner sliding surfaces 8 on bearing inserts 9 , which are arranged in the housing 2 . For example, the bearing inserts can be designed as a sleeve made of high-strength thermoplastic material based on polyether ether, which is reinforced with carbon fibers, but they can also be made of thermoplastic materials with lower strength, for example polyamide. However, the entire housing 2 can also be made of plastic material so that the bearing inserts or the sleeves are accommodated in the housing material.

Die Antriebswelle 6 weist eine druckflüssigkeitführende Leitung 10 mit einem Einlaß 11 auf, der mit einem Ven til versehen sein kann. Die druckflüssigkeitführende Leitung führt zu einer Ausnehmung 12 in einem radial beweglichen Lagerteil der Antriebswelle 6. Somit können das Ventil und die Leitung so ausgebildet sein, daß sie die Druckflüssigkeitszufuhr zu der Ausnehmung 12 dros seln. In der gezeigten Ausführungsform ist der Lager teil als ein Druckschuh 13 mit kreisförmigem Quer schnitt geformt, der mit Hilfe eines zwischengeschalte ten O-Rings 14 in einer Radialbohrung 15 in der An triebswelle 6 gesichert ist. Der Druckkolben 13 ist vorzugsweise aus demselben metallischen Material wie die Antriebswelle 6 hergestellt, aber es können auch andere Materialien verwendet werden.The drive shaft 6 has a hydraulic fluid line 10 with an inlet 11 which can be provided with a valve. The line carrying hydraulic fluid leads to a recess 12 in a radially movable bearing part of the drive shaft 6 . Thus, the valve and the line can be designed such that they pressurize the pressure fluid supply to the recess 12 . In the embodiment shown, the bearing part is shaped as a pressure shoe 13 with a circular cross section, which is secured with the aid of an interposed O-ring 14 in a radial bore 15 in the drive shaft 6 . The pressure piston 13 is preferably made of the same metallic material as the drive shaft 6 , but other materials can also be used.

Der Druckkolben 13 weist einen Lagerdruckrand oder Steg 16 auf, der die Ausnehmung 12 wie auch eine gegenüber liegende, hydrostatisch betätigte Druckfläche oder End fläche 17 begrenzt, die auf den Druckkolben 13 mit ei ner Kraft in die Richtung nach außen zu der Gleitfläche 8 der Radialhülse 9 hin wirkt.The pressure piston 13 has a bearing pressure edge or web 16 which limits the recess 12 as well as an opposite, hydrostatically actuated pressure surface or end surface 17 , which on the pressure piston 13 with egg ner force in the direction outward to the sliding surface 8 of the radial sleeve 9 acts.

Bereits beim Starten wird die Druckflüssigkeit in die Ausnehmung 12 geführt, um eine hydrostatische Druck flüssigkeitstasche zu bilden, die die Lagerflächen stützt und kühlt, wenn die Antriebswelle sich zu drehen beginnt.Already when starting, the pressure fluid is guided into the recess 12 to form a hydrostatic pressure fluid pocket that supports and cools the bearing surfaces when the drive shaft begins to rotate.

Im Betrieb wird die Summe des Oberflächendrucks an der hydrostatischen Druckflüssigkeitstasche 12 und des La gerdruckrands oder Stegs durch die hydrostatisch akti vierte Endfläche 17 des Druckkolbens 13 auf die An triebswelle 6 übertragen, so daß der Druck zwischen den Gleitflächen 7 der Antriebswelle 6 und den inneren Gleitflächen 8 der Lagerhülse 9 außerhalb des Druckkol bens 13 wesentlich vermindert wird. In operation, the sum of the surface pressure at the hydrostatic pressure fluid pocket 12 and the La gerdruckrands or web by the hydrostatically fourth end surface 17 of the pressure piston 13 to the drive shaft 6 is transmitted so that the pressure between the sliding surfaces 7 of the drive shaft 6 and the inner sliding surfaces 8 of the bearing sleeve 9 outside the Druckkol ben 13 is significantly reduced.

Mit einem großen hydrostatisch aktivierten Endflächen bereich 17 und einem kleineren Bereich des Stegs 16 wird eine fast vollständige Dichtheit der Drucktasche erhalten, so daß nur eine kleine Menge der Hochdruck flüssigkeit zum Kühlen der stark belasteten Bereiche zwischen den Gleitflächen außerhalb der Drucktasche ausfließen wird. Wenn der Bereich der hydrostatisch aktivierten Endfläche 17 relativ kleiner und der Be reich des Druckflächenrandes größer gewählt wird, kann ein größerer Grad an Leckage am Lagerdruckrand geschaf fen werden.With a large hydrostatically activated end face area 17 and a smaller area of the web 16 , an almost complete tightness of the pressure pocket is obtained, so that only a small amount of the high pressure liquid for cooling the heavily loaded areas between the sliding surfaces will flow outside the pressure pocket. If the area of the hydrostatically activated end face 17 is selected to be relatively smaller and the area of the pressure area edge larger, a greater degree of leakage at the bearing pressure edge can be created.

Somit ist es möglich, den Oberfächendruck zwischen den Gleitflächen des radialen Gleitlagers zu verändern, die periodisch direkten Oberflächenkontakt haben werden, wie auch den ausgestoßenen Leckagefluß der kühlenden Druckflüssigkeit zwischen den Flächen zu verändern.It is thus possible to change the surface pressure between the To change the sliding surfaces of the radial sliding bearing periodically will have direct surface contact as well as the ejected leakage flow from the cooling Change hydraulic fluid between the surfaces.

In einer besonders geeigneten Ausführungsform können zusätzliche, nicht gezeigte Leitungen in dem Druckkol ben 13 angeordnet werden zum Zweck, eine Zirkulation der Druckflüssigkeit in der hydrostatischen Druckflüs sigkeitstasche 12 zu bewirken.In a particularly suitable embodiment, additional lines, not shown, can be arranged in the pressure piston ben 13 for the purpose of causing a circulation of the pressure fluid in the hydrostatic pressure fluid bag 12 .

Der in Fig. 4 gezeigte Axialkolbenmotor weist ein Ge häuse 21 auf, das über einen Einlaß 22 von einem Strom von schmierstofffreier, auf Wasser basierender Flüssig keit unter Druck durchflossen wird. Der Axialkolbenmo tor 20 weist Kolben 23 auf, die über eine geneigte Scheibe 24 mit der Antriebswelle 25 des Motors 20 ver bunden sind und bewirken, daß diese sich dreht. Die Antriebswelle 25 ist aus Stahl hergestellt und in ra dialen Gleitlagern an Lagerhülsen 26 aus Polyether etherketon, das mit Kohlefasern verstärkt ist, in dem Gehäuse 21 abgestützt. The axial piston motor shown in Fig. 4 has a Ge housing 21 which is flowed through an inlet 22 by a stream of lubricant-free, water-based liquid speed under pressure. The Axialkolbenmo gate 20 has pistons 23 which are connected via an inclined disc 24 to the drive shaft 25 of the motor 20 and cause it to rotate. The drive shaft 25 is made of steel and in ra dialen slide bearings on bearing sleeves 26 made of polyether etherketon, which is reinforced with carbon fibers, supported in the housing 21 .

In dem Radialkolbenmotor, der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 beschrieben worden ist, ist der am höch sten belastete Bereich eines jeden radialen Gleit lagers, das andauernd von einer Kraft von den Arbeits kolben beeinflußt wird, auf der Lagerfläche der An triebswelle gelegen als eine Konsequenz der stationä ren, statischen Last durch den Radialkolbenmotor der Antriebswelle via die Exzentrität. In diesem Fall deckt der belastete Bereich in dem Gleitlager einen gewissen Bereich um eine geometrische Position in bezug auf die Exzentrität herum, und er ist somit stationär in Bezie hung zu der Welle, während die Belastung auf der gegen überliegenden Gleitfläche in dem Radiallager rotierend ist.In the radial piston motor, which has been described with reference to FIGS. 1 to 3, the most loaded area of each radial sliding bearing, which is constantly influenced by a force from the working piston, is located on the bearing surface of the drive shaft as a consequence of the stationary, static load from the radial piston motor of the drive shaft via the eccentricity. In this case, the loaded area in the slide bearing covers a certain area around a geometrical position with respect to the eccentricity and is thus stationary with respect to the shaft, while the load on the opposite sliding surface in the radial bearing is rotating.

In dem Axialkolbenmotor 20 nach Fig. 4 laufen die Ar beitskolben synchron mit der Rotation der Welle in ei nem stationären Gehäuse, und deswegen wird die Übertra gung einer Leistung von den Kolben auf einer Reaktions fläche in fester Beziehung zu dem Gehäuse bewirkt. Da her ist der Hochlastbereich der geneigten Scheibe 24 auf der gleitenden Fläche des Lagereinsatzes oder der Lagerhülse angeordnet als eine Folge der stationären, statischen Belastung durch den Radialkolbenmotor des Lagereinsatzes während des Betriebs, wo die Übertragung der Leistung von den Kolben auf die Antriebswelle durch die geneigte Scheibe 24 bewirkt wird.In the axial piston motor 20 of FIG. 4, the working pistons run in synchronism with the rotation of the shaft in a stationary housing, and therefore the transfer of power from the pistons to a reaction surface is effected in a fixed relationship with the housing. Because of this, the high load area of the inclined disc 24 is located on the sliding surface of the bearing insert or the bearing sleeve as a result of the stationary, static load from the radial piston motor of the bearing insert during operation, where the transfer of power from the pistons to the drive shaft through the inclined Disc 24 is effected.

In dem in Fig. 4 gezeigten Axialkolbenmotor 20 sind die Druckkolben 27 mit der Ausnehmung 28 deswegen als ein radial verlagerbarer Teil des Lagereinsatzes 26 des radialen Gleitlagers ausgebildet. Dieselbe Bedingung trifft für die Betriebsart und das Arbeiten der radia len Gleitlager des Axialkolbenmotors zu, wie oben unter Bezugnahme auf die radialen Gleitlager des Radialkol benmotors beschrieben. In the axial piston motor 20 shown in FIG. 4, the pressure pistons 27 with the recess 28 are therefore designed as a radially displaceable part of the bearing insert 26 of the radial slide bearing. The same condition applies to the operating mode and the working of the radial slide bearings of the axial piston motor, as described above with reference to the radial slide bearings of the radial piston motor.

Die in Fig. 5 gezeigte Axialkolbenpumpe 30 (die eben falls als Motor verwendet werden kann) weist ein Pum pengehäuse 31 auf, in dem eine Antriebswelle 32 aus Stahl in einem radialen Gleitlager mit einer Lagerhülse 33 aus Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyamid gela gert ist und die durch einen besonders großen Durchmes ser in der Nähe der äußeren Peripherie des Gehäuses 31 gelagert ist.The axial piston pump 30 shown in FIG. 5 (which can also be used as a motor) has a pump housing 31 in which a drive shaft 32 made of steel is gela gert in a radial slide bearing with a bearing sleeve 33 made of polyether ether ketone (PEEK) or polyamide and which is supported by a particularly large diameter in the vicinity of the outer periphery of the housing 31 .

Die Kolben 34 beeinflussen die geneigte Scheibe 35 und dadurch die Antriebswelle 32 mit einer stationären, statischen Lastbedingung während des Betriebs, so daß ein gut definierter Hochlastbereich auf der Gleitfläche der Lagerhülse 33 geschaffen ist. In der in Fig. 5 dar gestellten Ausführungsform ist die Lagerhülse 33 deswe gen mit einer Ausnehmung 36 versehen, die mit auf Was ser basierender Druckflüssigkeit über einen Druckein gang 37 versorgt wird.The pistons 34 influence the inclined disk 35 and thereby the drive shaft 32 with a stationary, static load condition during operation, so that a well-defined high-load area is created on the sliding surface of the bearing sleeve 33 . In the embodiment shown in FIG. 5, the bearing sleeve 33 is provided with a recess 36 , which is supplied with hydraulic fluid based on water via a pressure inlet 37 .

In der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform ist die Axialkolbenpumpe, die in Fig. 5 gezeigt ist, anstelle der Ausnehmung 36 mit einem Druckkolben 38 versehen, der so geformt sein kann, wie es unter Bezug auf die zuvor in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen beschrieben worden ist. Der Druckkolben 38 ist im Ge häuse 31 mit Hilfe eines mit Gewinde versehenen Stöp sels 39 gesichert.In the embodiment shown in FIG. 6, the axial piston pump, which is shown in FIG. 5, is provided instead of the recess 36 with a pressure piston 38 , which can be shaped as it is with reference to those previously shown in FIGS. 1 to 4 Embodiments shown has been described. The pressure piston 38 is secured in Ge housing 31 with the aid of a threaded plug 39 .

Wenn hydraulische Kolbenpumpen betroffen sind, wie zum Beispiel in Fig. 5 und 6 gezeigt, die mit einer schmierstofffreien, auf Wasser basierenden Druckflüs sigkeit, wie Leitungswasser, arbeiten müssen, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung besonders günstig, daß die Pumpe mit einem Einsatz eines preisgünstigeren Kunststoffmaterials versehen werden kann, beispielswei se Polyamid, das nicht notwendigerweise zu der Gruppe der hochstabilen Konstruktionskunststoffmaterialien gehören muß, die anfangs erwähnt worden sind, bei spielsweise Polyetheretherketon.When hydraulic piston pumps are concerned, such as shown in FIGS . 5 and 6, which have to work with a lubricant-free, water-based hydraulic fluid, such as tap water, it is particularly advantageous according to the present invention that the pump with an insert of a cheaper plastic material can be provided, for example polyamide, which does not necessarily belong to the group of highly stable construction plastic materials that were mentioned at the beginning, for example polyether ether ketone.

Schließlich sollte erwähnt werden, daß die Kolbenmoto ren oder -pumpen nach der vorliegenden Erfindung mit besonderem Vorteil in Verbindung mit hydraulischen An lagen verwendet werden können, die Leitungswasser oder auch steriles Wasser als Druckflüssigkeit aufweisen, und insbesondere in Betrieben in Verbindung mit der Lebensmittelverarbeitung, wie beispielsweise Schlachte reien.Finally, it should be mentioned that the piston engine ren or pumps according to the present invention special advantage in connection with hydraulic connections tap water or lay also have sterile water as pressure fluid, and especially in companies in connection with the Food processing, such as battles scream.

Claims

1. Hydraulic piston machine for operation with a lubricant-free, water-based hydraulic fluid with a rotatable shaft ( 6 ; 25 ; 32 ) which is connected to working pistons ( 4 ; 23 ; 34 ) and is mounted in at least one plain bearing in which a first The sliding surface ( 7 ) made of metal is opposite a second sliding surface ( 8 ) made of plastic material, characterized in that in the sliding bearing in a load range which is continuously loaded with a force under the influence of the working piston during operation, at least one recess ( 12 ; 28 ; 36 ) is formed, which is supplied with pressure fluid during operation to at least partially absorb the force.

2. Hydraulic piston machine according to claim 1, characterized in that the recess ( 12 ) is supplied with hydraulic fluid via a throttle device ( 10 , 11 ).

3. Hydraulic piston machine according to claim 2, characterized in that the Drosselein direction is a throttle line ( 10 ; 22 ; 37 ) which leads to the recess ( 12 ; 28 ; 36 ).

4. Hydraulic piston machine according to one of Ansprü che 1 to 3, characterized in that the recess ( 12 ) is formed in a movable sliding block ( 13 ) and that the recess ( 12 ) is surrounded by a web ( 16 ) on the slide shoe ( 13 ) is formed, which web forms part of a slide surface ( 8 ).

5. Hydraulic piston machine according to claim 4, characterized in that the throttle line ( 10 ) is formed in the sliding block ( 13 ).

6. Hydraulic piston machine according to claim 4 or 5, characterized in that the sliding shoe is a zy-cylindrical piston ( 13 ) which is slidably fixed in a bore ( 15 ) which leads to one of the bearing surfaces.

7. Hydraulic piston machine according to claim 6, characterized in that the cylindrical piston 13 has a first end surface 7 on which the recess ( 12 ) and the web ( 16 ) are formed, and an opposite, second end surface ( 17 ) which has an inlet to the throttle line ( 10 ) and which is influenced in operation by hydraulic fluid which is led to the bore ( 15 ).

8. Hydraulic piston machine according to one of the preceding claims, in which the shaft ( 6 ) rotates in relation to the working piston ( 4 ) and the slide bearing is a radial bearing, characterized in that the recess ( 12 ) in a sliding surface ( 7 ) the shaft ( 6 ) is arranged and that the shaft ( 6 ) has at least one throttle line ( 10 ) which is connected to the recess ( 12 ) for supplying Druckflüs liquid to the recess ( 12 ).

9. Hydraulic piston machine according to one of claims 1 to 7, in which the working pistons ( 23 , 34 ) with the shaft ( 25 ; 32 ) rotate in relation to a stationary housing ( 21 ; 31 ) and the plain bearing is a radial bearing, thereby characterized in that the recess ( 28 ; 36 ) is placed in a sliding surface in the housing ( 21 ; 31 ) and that the housing ( 21 ; 31 ) has at least one passage ( 22 ; 37 ) which is connected to the recess ( 28 ; 36 ) for supplying hydraulic fluid to the recess ( 28 ; 36 ).

10. Hydraulic piston machine according to one of the previously going claims, characterized in that the Plastic material of the plain bearing is a polyaryl is etherketone.

11. Hydraulic piston machine according to claim 10, there characterized in that the plastic material of the plain bearing is polyether ether ketone.

12. Hydraulic piston machine according to one of the previous gene claims, characterized in that the Plastic material of the plain bearing with fibers is strengthened.