EP0785359A1 - Gewichtsoptimierter, mehrteiliger Gleitschuh - Google Patents

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EP0785359A1
EP0785359A1 EP97100745A EP97100745A EP0785359A1 EP 0785359 A1 EP0785359 A1 EP 0785359A1 EP 97100745 A EP97100745 A EP 97100745A EP 97100745 A EP97100745 A EP 97100745A EP 0785359 A1 EP0785359 A1 EP 0785359A1
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EP
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sliding
support body
piston
sliding part
sliding shoe
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Ralf Lemmen
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
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    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/12—Coating

Definitions

  • the invention relates to a sliding block for use in an axial or radial piston machine.
  • Multi-part sliding shoes according to the preamble of claim 1 or 2 for use in hydrostatic machines are already known.
  • DE-36 27 652 A1 shows a two-part sliding shoe with a sliding layer adjacent to the sliding surface made of a ceramic material and a support body made of hardened bearing steel.
  • the ceramic layer arranged on the sliding sole is intended to counteract seizing of the sliding shoes.
  • a two-part sliding shoe is also known from US Pat. No. 3,263,623.
  • the ring-shaped sliding part is arranged so that it is not in contact with the pressure pocket for hydraulic relief of the sliding block. In this way, leakage losses are counteracted, which can occur if the porous material of the sliding part comes into contact with the pressure pocket.
  • the invention is based on the knowledge that in order to reduce the centrifugal force acting on the sliding shoes, the dead weight of the sliding shoes must be reduced.
  • This is achieved according to claim 1 in that the slide shoe is subdivided into a support body and a slide part inserted therein and for the slide part a material with good sliding properties with a low specific weight and for the support body a material with high mechanical strength and also low specific Weight is selected.
  • a targeted selection of materials is made possible by the two-part subdivision of the slide shoe, since for the slide part, in addition to low specific weight, only good sliding properties need to be taken into account, but not mechanical strength, whereas for the support body, in addition to low specific weight, essentially high mechanical strength care should be taken while the sliding properties of this material are negligible.
  • the support body has a sliding layer on its sliding sole instead of the sliding part used. Since the sliding layer has a smaller volume compared to an inserted sliding part, the weight of the sliding layer is of correspondingly less importance, therefore the sliding layer need not be made of a material with a low specific weight, but it is advantageous to also have the sliding layer made of a material low specific weight. This is especially true if the sliding layer is not a thin layer application but a thick coating of e.g. more than about 0.5 mm.
  • the claims 2 to 4 and 9 and 10 relate to an advantageous choice of materials for the support body and the sliding part.
  • the support body preferably consists of a light material, in particular aluminum or an aluminum alloy. Particularly suitable light metals are titanium or titanium alloy.
  • claims 1 and 2 also apply to the embodiments according to the invention according to claims 5 or 7, in which a sliding part or a sliding layer according to the invention can be arranged in the region of the ball head connection for the piston and / or on the circumference of the support part.
  • the solution contained in claim 5 leads simultaneously to an improvement in the lubricity and an extension of the life of the ball joint bearing for the piston.
  • the configuration according to the invention according to claim 7 improves the resistance of the sliding shoe to abrasion caused by a hold-down device on the sliding shoe or support body in functional operation.
  • the sliding part is preferably made of a ceramic material. All materials that can be used as bearings are particularly suitable, such as Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC and Si 3 N 4 .
  • Claims 11 to 15 relate to the geometric shape of the sliding part.
  • the sliding part can be ring-shaped according to claim 6, disk-shaped according to claim 7 and cylindrical according to claim 8.
  • the ball head of the piston transfers the supporting force directly to the sliding part, which is surrounded on the outside by the supporting body.
  • the support body and / or the sliding part and / or the sliding layer can be penetrated by a lubrication hole.
  • a cylinder drum 3 is non-positively connected to a rotatably mounted shaft 2.
  • Radially uniformly distributed cylinder bores hereinafter referred to as cylinder 4, are arranged in the cylinder drum 3.
  • Pistons 5, 6 are mounted displaceably in the cylinders 4, the piston heads 7, 8 being fixed on the sliding surface 20 Support swash plate 9 over sliding shoes 10, 11.
  • the cylinders 4 are connected to the pressure lines 17 and 18 via connection openings 12a, 12b and the control openings 14, 15 of a control plate 16.
  • the invention relates to a development of the slide shoes 10, 11.
  • the invention is not limited to use in axial piston machines and is equally suitable for use in connection with radial piston machines.
  • Figures 1 to 3 show different embodiments of the slide shoes 10 further developed according to the invention. All the embodiments have in common that the slide shoe 10 is subdivided into a support body 30 and a slide part 31 inserted into the support body 30 and connected to it. While the sliding part 31 on the adjacent sliding surface 20 e.g. a slanting, slanting or swashplate slidably, the connection with the associated piston (5 in Figure 5) is made by the support body 30.
  • the support body 30 in the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 3 has an at least partially spherical recess 32, into which the spherical piston head (7 in FIG. 5) can be inserted.
  • the connection between the piston and the support body is discussed in detail with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the sliding block has on its underside sliding sole 35 for hydrostatic relief a pressure pocket 34 which is connected to the recess 32 via a lubrication hole 33.
  • a pressure pocket 34 which is connected to the recess 32 via a lubrication hole 33.
  • Essential to the invention is the subdivision of the sliding block 10 into a sliding part 31 made of a material with good sliding properties and a support body 30 made of a material with high mechanical strength. Since only the sliding properties for the material of the sliding part 31, but not the requirements for the mechanical strength in the The foreground and vice versa for the material of the support body, the mechanical strength in relation to tensile and bending stress is of essential importance, but the sliding properties are insignificant due to the lack of contact with the sliding surface 20, there is greater scope for the targeted selection of suitable materials with a low specific weight . Materials can be used both for the sliding part, but especially for the supporting body, which have a significantly lower weight than a conventional sliding shoe.
  • the weight of the entire sliding block 10 as a whole can be significantly reduced, which brings about a reduction in the centrifugal force acting on the sliding block 10.
  • the speed of a hydrostatic machine in which the slide shoes according to the invention are used can be increased considerably without the risk of damage to the slide shoes and / or the sliding surface of the swash plate, swash plate or slant plate.
  • Light metals in particular made of aluminum or an aluminum alloy, are particularly suitable for the support body 30.
  • AL Zu Mg Cu 1.5%, Ti Al6V4 are particularly suitable.
  • Ceramic materials in particular Al 2 O 3 , ZrO 2 , SiC and Si 3 N 4 , are particularly suitable for the sliding part 31.
  • a lead-bronze alloy and other plain bearing materials can also be considered.
  • FIGS. 1 to 3 different exemplary embodiments are shown in FIGS. 1 to 3.
  • the sliding part 31 is annular, while the sliding part 31 in Figure 2 has a disc-shaped shape and is penetrated centrally by the lubricating bore 33.
  • the sliding part 31 is designed in the form of a stepped cylinder, which is subdivided into a first cylinder section 31a adjacent to the recess 32 and a second cylinder section 31b forming the sliding sole 35.
  • the first cylinder section 31a forms the lower end of the recess 32 and is shaped in this area in the same way as the support body 30 in the exemplary embodiments 1 and 2.
  • the second cylinder section 31b adjoins the sliding surface 20 of the swashplate, swashplate or swashplate and receives the pressure pocket 34.
  • the lubrication bore 33 is completely formed in the sliding part 31.
  • the exemplary embodiment shown in FIG. 3 has the advantage that the supporting force is transmitted directly from the spherical cylinder head 7 of the piston 5 to the sliding part 31 and stresses at the interface between the supporting body 30 and the sliding part 31 are thus avoided.
  • the supporting body 30 surrounding the sliding part 31 absorbs the outward forces, which is essential if the sliding part 31 consists of a brittle material, in particular a ceramic material.
  • FIG. 4 shows the exemplary design of the sliding sole 35 of a sliding shoe according to the invention in accordance with one of the exemplary embodiments illustrated in FIGS. 1 to 3.
  • the mouth of the lubrication bore 33, which opens into the pressure pocket 34, can be seen.
  • the pressure pocket 34 can be divided by one or more subdivisions 36 in a labyrinthine manner in order to counteract the rapid escape of the pressure medium and thus to improve the hydrostatic relief.
  • FIGS. 6 and 7 show two embodiments of an articulated connection between the slide shoe 10 according to the invention and the associated piston 5.
  • a spherical head 40 is formed on the piston 5, which engages in the spherical recess 41 of the sliding block 10.
  • the ball-head connection 40, 41 enables a free angular adjustment of the sliding block 10 with respect to the longitudinal axis 43 of the piston within a predetermined angular range.
  • a spherical head 44 is formed on the sliding block 10, while the piston 5 has a spherical recess 45. In this way, an articulated connection between the slide shoe 10 and the piston 5 is also realized.
  • the piston 5 is designed as a hollow piston.
  • the piston cavity 46 which is open on the cylinder side, is extended on the sliding shoe side by a lubricant channel 47.
  • the funnel-shaped mouth areas 48 and 49 of the lubricating bore 33 and the lubricant channel 47 overlap in any angular position that the sliding block 10 can assume with respect to the longitudinal axis 43 of the piston 5, so that a continuous lubricant flow from the piston cavity 46 to that in FIG the pressure bag 34 shown in Figures 1 to 4 is made possible.
  • the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown. Rather, diverse geometric shapes of the sliding part 31 inserted in the support body 30 are possible. It is also conceivable that the sliding part 31 is in turn made of several parts, e.g. through several sliding blocks arranged on a circular line.
  • a sliding layer 51 made of a material with good sliding properties and preferably also a low specific weight is arranged on the sliding sole 35 of the sliding shoe 10.
  • a further sliding layer 52 is located on at least a part or the entire spherical joint surface 53, which is concave in the embodiment according to FIG. 8 and forms the recess 32, but can also be convex on a spherical head 44 according to FIG. 7.
  • the annular wall 54 of the support body 30 surrounding the recess 32 and the spherical joint surface 53 arranged on the inner surface thereof with the sliding layer 52 extend beyond the center of the spherical shape to the side facing away from the sliding sole 35 so that the spherical head 40 of the associated piston 5, 6 is engaged on the one hand and the other Joint mobility of the joint connection is guaranteed.
  • the sliding layer 52 or a correspondingly thicker sliding part can thereby be held in a form-fitting manner in the recess 32.
  • the spherical hinge surface 53 thus has a spherical section-like shape. This also applies to the sliding layer 52, which can extend on the side facing away from the sliding sole 35 to the free edge of the spherical joint surface 53 or can have an axial distance therefrom.
  • the lubrication hole 33 also passes through the sliding layer 52.
  • a sliding layer 58 made of a material with good sliding properties and preferably also low specific weight, on the step surface 56, which preferably extends at right angles to the longitudinal center axis of the sliding shoe 30.
  • the sliding layer can also be arranged as a sliding layer 58a on the cylindrical peripheral wall section of the ring wall 54 adjoining the step surface 56.
  • the coating material of the sliding layer 51 and / or 52 and / or 58 or 58a also has sufficient sliding properties and abrasion resistance and preferably also a low specific weight. Since the aforementioned sliding layer or sliding layers has a smaller volume in comparison with an inserted sliding part 31 according to the above-described exemplary embodiments, the specific weight of the sliding layer or sliding layers according to FIG. 8 is of less importance, and therefore these sliding layers can be made from a light weight within the scope of the invention Material consist, for example, of a ceramic material of the types already described, or of a material of larger specific weight, as is customary in the case of conventional sliding materials, for example metals with sliding properties. In the exemplary embodiment according to FIG. 8, the sliding layer or sliding layers essentially serve to increase the wear resistance and the service life of the sliding shoe 30, while also reducing the weight and thus improving the dynamic properties contribute if at the same time they consist of a material of low specific weight.
  • sliding layer or sliding layers 51, 52, 58, 58a design as sliding parts inserted into the supporting body 30.
  • the sliding layers have a greater thickness than e.g. have about 0.3 to 0.5 mm, it is particularly advantageous to use a material of lower specific weight, because in these cases the volume fraction with respect to the volume of the support body 30 is larger and can thus contribute to reducing the weight of the sliding block 10.
  • the respective sliding layer 51, 52, 58, 58a therefore forms a sliding sheet, and therefore the sliding layers are also designated with the reference number 31 in FIG. 8.
  • such sliding parts 31 can also be inserted into recesses 58b, as shown in FIG. 8.
  • the convergent shape of the ring wall 54 is produced after the associated ball head 40 has been inserted into the recess 32 by bending or pushing in, the ring wall 54 being permanently deformed. So that the associated sliding layer 52 or a corresponding sliding part can undergo this deformation, it is advantageous in such a case to use a material which is correspondingly deformable or bendable.
  • the pressure pocket 34 can be subdivided like a labyrinth by one or more subdivisions 36 in order to counteract the rapid escape of the pressure medium and thus to improve the hydrostatic relief.
  • the sliding layer 51 is also on the base of the pressure pocket 34.
  • this is predetermined in that the sliding layer 51 is applied by a coating method in which not only the sliding sole surface but also the surface Base areas of the subdivisions 36 are also coated, which in this case is simpler than another measure to cover the subdivisions 36. With such a coating also the Base area of the pressure pocket 34 also passes through this lubrication bore 32, as shown in FIG. 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gleitschuh (10) zum gleitenden Abstützen der Kolben (5, 6) einer Axial- oder Radialkolbenmaschine gegen eine z.B. auf einer Taumel-, Schräg- oder Schiefscheibe ausgebildeten Gleitfläche (20). Der erfindungsgemäße Gleitschuh (10) besteht aus einem mit dem zugeordneten Kolben (5) in Verbindung stehenden Stützkörper (30) und einem in den Stützkörper (30) eingesetzten und mit diesem verbundenen Gleitteil (31), das an der Gleitfläche (20) anliegt. Während das Gleitteil (31) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften besteht, weist das Material des Stützkörpers (30) eine hohe mechanische Festigkeit auf. Durch die erfindungsgemäße Trennung der Gleit- und Stützfunktion des Gleitschuhs (10) können für das Gleitteil (31) als auch im besonderen Maße für den Stützkörper (30) Materialien mit geringem spezifischen Gewicht eingesetzt werden. Dadurch wird das Eigengewicht des erfindungsgemäßen Gleitschuhs (10) verringert, wodurch die auf den Gleitschuh (10) einwirkenden Fliehkräfte vermindert werden. Eine hydrostatische Maschine mit den erfindungsgemäß weitergebildeten Gleitschuhen (10) kann daher mit einer höheren Drehzahl betrieben werden. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gleitschuh zur Verwendung in einer Axial- oder Radialkolbenmaschine.
  • Mehrteilig ausgebildete Gleitschuhe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder 2 zur Verwendung in hydrostatischen Maschinen sind bereits bekannt.
  • So geht aus der DE-36 27 652 A1 ein zweiteiliger Gleitschuh mit einer an die Gleitfläche angrenzenden Gleitschicht aus einem Keramik-Material und einem Stützkörper aus einem gehärteten Lagerstahl hervor. Durch die an der Gleitsohle angeordnete Keramik-Schicht soll einem Festfressen der Gleitschuhe entgegengewirkt werden.
  • Aus der US-3 263 623 ist ebenfalls ein zweiteiliger Gleitschuh bekannt. Das ringförmig ausgebildete Gleitteil ist dabei so angeordnet, daß es mit der Drucktasche zur hydraulischen Entlastung des Gleitschuhs nicht in Berührung steht. Auf diese Weise wird Leckverlusten entgegengewirkt, die entstehen können, wenn das poröse Material des Gleitteils mit der Drucktasche in Verbindung käme.
  • Bei hohen Drehzahlen von hydrostatischen Maschinen werden die Gleitschuhe mit erheblichen Fliehkräften belastet. Diese bewirken ein Verkippen der Gleitschuhe, was zu einer Beschädigung der Gleitschuhe und/oder der auf der Schräg- oder Taumelscheibe ausgebildeten Gleitfläche führt.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die auf die Gleitschuhe einwirkenden Fliehkräfte und Schwungmassen zu vermindern und somit einen höheren Drehzahlbereich beim Betrieb der hydrostatischen Maschine zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 oder 2 in Verbindung mit den zugehörigen gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur Verminderung der auf die Gleitschuhe einwirkenden Fliehkraft das Eigengewicht der Gleitschuhe vermindert werden muß. Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch erreicht, daß der Gleitschuh in einen Stützkörper und ein in diesen eingesetztes Gleitteil untergliedert wird und für das Gleitteil ein Material mit guten Gleiteigenschaften bei gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht und für den Stützkörper ein Material hoher mechanischer Festigkeit bei ebenfalls gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht ausgewählt wird. Eine gezielte Materialauswahl wird durch die zweiteilige Untergliederung des Gleitschuhs ermöglicht, da für das Gleitteil neben geringem spezifischen Gewicht lediglich auf gute Gleiteigenschaften, nicht jedoch auf die mechanische Festigkeit geachtet werden muß, wohingegen für den Stützkörper neben geringem spezifischen Gewicht im wesentlichen auf eine hohe mechanische Festigkeit zu achten ist, während die Gleiteigenschaften dieses Materials unerheblich sind.
  • Die vorbeschriebenen Vorteile gelten auch für die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 2, bei der der Stützkörper an seiner Gleitsohle anstelle des eingesetzten Gleitteils eine Gleitschicht aufweist. Da die Gleitschicht im Vergleich mit einem eingesetzten Gleitteil ein geringeres Volumen aufweist, ist das Gewicht der Gleitschicht von entsprechend geringerer Bedeutung, deshalb braucht die Gleitschicht nicht aus einem Material mit geringem spezifischen Gewicht bestehen, jedoch ist es vorteilhaft, auch die Gleitschicht aus einem Material mit geringem spezifischen Gewicht herzustellen. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei der Gleitschicht nicht um einen dünnen Schichtauftrag, sondern um eine dicke Beschichtung handelt von z.B. mehr als etwa 0,5 mm.
  • Die Ansprüche 2 bis 4 sowie 9 und 10 beziehen sich auf eine vorteilhafte Materialauswahl für den Stützkörper und das Gleitteil. Der Stützkörper besteht vorzugsweise aus einem Leichtmaterial, insbesondere Aluminium oder eine Aluminiumlegierung. Besonders geeignete Leichtmetalle sind Titan oder Titanlegierung.
  • Die zu den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Vorteile gelten auch für die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 5 oder 7, bei denen ein erfindungsgemäßes Gleitteil oder eine erfindungsgemäße Gleitschicht im Bereich der Kugelkopfverbindung für den Kolben und/oder am Umfang des Stützteils angeordnet sein können. Die im Anspruch 5 enthaltene Lösung führt dabei gleichzeitig zu einer Verbesserung der Gleitfähigkeit und einer Verlängerung der Lebensdauer des Kugelgelenklagers für den Kolben. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung nach Anspruch 7 verbessert die Widerstandsfähigkeit des Gleitschuhs gegen einen Abrieb, den ein Niederhalter am Gleitschuh bzw. Stützkörper im Funktionsbetrieb hervorruft. Auch diese Ausgestaltungen tragen somit zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Gleitschuhs bei, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 5 und/oder 7 unabhängig von den Ausgestaltungen gemäß den Ansprüchen 1 und/oder 2 vorteilhaft sind und deshalb den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 5 und 7 jeweils eine selbständige erfinderische Bedeutung zukommt. Die Ansprüche 5 und 7 sind deshalb im Oberbegriff fakultativ formuliert.
  • Das Gleitteil besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material. Besonders geeignet sind alle als Lager verwendbare Materialien wie z.B. Al2O3, ZrO2, SiC und Si3N4.
  • Die Ansprüche 11 bis 15 betreffen die geometrische Form des Gleitteils. Das Gleitteil kann nach Anspruch 6 ringförmig, nach Anspruch 7 scheibenförmig und nach Anspruch 8 zylinderförmig ausgebildet sein. Insbesondere ist es entsprechend den Ansprüchen 9 und 10 möglich, das Gleitteil in Form eines Stufenzylinders mit Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers auszubilden, wobei der an eine Ausnehmung zur Aufnahme des Kugelkopfes des zugeordneten Kolbens angrenzende Abschnitt an den Durchmesser dieser Ausnehmung angepaßt sein kann. Dabei überträgt der Kugelkopf des Kolbens die Stützkraft unmittelbar auf das Gleitteil, das außenseitig von dem Stützkörper umgeben ist.
  • Entsprechend Anspruch 16 kann der Stützkörper und/oder das Gleitteil und/oder die Gleitschicht von einer Schmierbohrung durchdrungen sein.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Darin zeigen:
    • Fig. 1
    einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitschuhs;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitschuhs;
    Fig. 3
    einen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gleitschuhs;
    Fig. 4
    eine Draufsicht auf die Gleitsohle eines Gleitschuhs entsprechend einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 bis 3;
    Fig. 5
    einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine, bei welcher die vorliegende Erfindung zum Einsatz kommt;
    Fig. 6
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh mit zugehörigem Kolben, wobei der Kugelkopf am Kolben ausgebildet ist;
    Fig. 7
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh mit zugehörigem Kolben, wobei der Kugelkopf am Gleitschuh ausgebildet ist;
    Fig. 8
    einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh in abgewandelter Ausgestaltung.
  • Bei der in Figur 5 schematisch dargestellten Axialkolbenmaschine 1 ist eine Zylindertrommel 3 mit einer drehbar gelagerten Welle 2 kraftschlüssig verbunden. In der Zylindertrommel 3 sind radial gleichmäßig verteilte Zylinderbohrungen, nachfolgend als Zylinder 4 bezeichnet, angeordnet. In den Zylindern 4 sind Kolben 5, 6 verschiebbar gelagert, wobei sich die Kolbenköpfe 7, 8 an der Gleitfläche 20 einer feststehenden Schiefscheibe 9 über die Gleitschuhe 10, 11 abstützen. Die Zylinder 4 sind über Verbindungsöffnungen 12a, 12b und die Steueröffnungen 14, 15 einer Steuerplatte 16 mit den Druckleitungen 17 und 18 verbunden.
  • Die Erfindung betrifft eine Weiterbildung der Gleitschuhe 10, 11. Jedoch ist die Erfindung nicht auf den Einsatz bei Axialkolbenmaschinen beschränkt und eignet sich in gleicher Weise zur Verwendung in Verbindung mit Radialkolbenmaschinen.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß weitergebildeten Gleitschuhe 10. Sämtlichen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, daß der Gleitschuh 10 in einen Stützkörper 30 und ein in den Stützkörper 30 eingesetztes und mit diesem verbundenes Gleitteil 31 untergliedert ist. Während das Gleitteil 31 an der angrenzenden Gleitfläche 20 z.B. einer Schräg-, Schief- oder Taumelscheibe gleitend anliegt, wird durch den Stützkörper 30 die Verbindung mit dem zugeordneten Kolben (5 in Figur 5) hergestellt. Dazu weist der Stützkörper 30 in den in Figur 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen eine zumindest teilweise sphärische Ausnehmung 32 auf, in welche der kugelförmig ausgebildete Kolbenkopf (7 in Figur 5) einführbar ist. Auf die Verbindung zwischen Kolben und Stützkörper wird anhand der Figuren 6 und 7 genau eingegangen.
  • Der Gleitschuh weist an seiner unterseitigen Gleitsohle 35 zur hydrostatischen Entlastung eine Drucktasche 34 auf, die über eine Schmierbohrung 33 mit der Ausnehmung 32 in Verbindung steht. Hinsichtlich der genauen Geometrie der Ausnehmung 32 und der Schmierbohrung 33, insbesondere im Bereich der Ausmündung der Schmierbohrung 33 in die Ausnehmung 32 und in die Drucktasche 34, wird auf das Gebrauchsmuster DE-Gbm 295 14 831.4 der gleichen Anmelderin verwiesen, dessen Offenbarung in die vorliegende Anmeldung zur Verkürzung der Darstellung durch Bezugnahme einbezogen wird.
  • Erfindungswesentlich ist die Untergliederung des Gleitschuhs 10 in ein Gleitteil 31 aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und einen Stützkörper 30 aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit. Da für das Material des Gleitteils 31 lediglich die Gleiteigenschaften, nicht jedoch die Anforderungen an die mechanische Festigkeit im Vordergrund stehen und umgekehrt für das Material des Stützkörpers die mechanische Festigkeit in bezug auf Zug- und Biegebeanspruchung von wesentlicher Bedeutung ist, die Gleiteigenschaften jedoch mangels Berührung mit der Gleitfläche 20 unerheblich sind, entsteht ein größerer Spielraum für die gezielte Auswahl geeigneter Materialien mit geringem spezifischen Gewicht. Sowohl für das Gleitteil, besonders aber für den Stützkörper können Materialien zum Einsatz kommen, die gegenüber einem konventionellen Gleitschuh ein wesentlich geringeres Eigengewicht aufweisen. Dadurch kann das Gewicht des gesamten Gleitschuhs 10 insgesamt wesentlich verringert werden, was eine Reduzierung der auf den Gleitschuh 10 einwirkenden Fliehkraft bewirkt. Durch die erfindungsgemäße Trennung der Gleit- und Stützfunktion des Gleitschuhs durch Unterteilung in ein Gleitteil 31 und einen Stützkörper 30 kann daher die Drehzahl einer hydrostatischen Maschine, bei welcher die erfindungsgemäßen Gleitschuhe zum Einsatz kommen, erheblich erhöht werden, ohne daß die Gefahr der Beschädigung der Gleitschuhe und/oder der Gleitfläche der Taumel-, Schräg- oder Schiefscheibe besteht.
  • Für den Stützkörper 30 eignen sich besonders Leichtmetalle, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Besonders geeignet sind AL Zu Mg Cu 1,5 %, Ti Al6V4.
  • Für das Gleitteil 31 eignen sich besonders keramische Materialien, insbesondere Al2O3, ZrO2, SiC und Si3N4. In Betracht kommt jedoch auch eine Blei-Bronze-Legierung und sonstige Gleitlagerwerkstoffe.
  • Hinsichtlich der Form des Gleitteils 31 sind in den Figuren 1 bis 3 verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt. In Figur 1 ist das Gleitteil 31 ringförmig ausgebildet, während das Gleitteil 31 in Figur 2 eine scheibenförmige Form aufweist und von der Schmierbohrung 33 zentrisch durchdrungen wird.
  • In Figur 3 hingegen ist das Gleitteil 31 in Form eines Stufenzylinders ausgebildet, der sich in einen ersten, an die Ausnehmung 32 angrenzenden Zylinder-Abschnitt 31a und einen zweiten, die Gleitsohle 35 bildenden Zylinder-Abschnitt 31b untergliedert. Der erste Zylinder-Abschnitt 31a bildet den unteren Abschluß der Ausnehmung 32 und ist in diesem Bereich in gleicher Weise geformt wie der Stützkörper 30 in den Ausführungsbeispielen der Figur 1 und 2. Der zweite Zylinder-Abschnitt 31b grenzt an die Gleitfläche 20 der Taumel-, Schief- oder Schrägscheibe an und nimmt die Drucktasche 34 auf. Ferner ist in diesem Ausführungsbeispiel die Schmierbohrung 33 vollständig in dem Gleitteil 31 ausgebildet.
  • Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Stützkraft von dem kugelförmigen Zylinderkopf 7 des Kolbens 5 unmittelbar auf das Gleitteil 31 übertragen wird und somit Spannungen an der Grenzfläche zwischen dem Stützkörper 30 und dem Gleitteil 31 vermieden werden. Der das Gleitteil 31 umgebende Stützkörper 30 nimmt jedoch die nach außen gerichteten Kräfte auf, was von wesentlicher Bedeutung ist, wenn das Gleitteil 31 aus einem spröden Material, insbesondere aus einem Keramikmaterial, besteht.
  • Figur 4 zeigt die beispielhafte Ausbildung der Gleitsohle 35 eines erfindungsgemäßen Gleitschuhs entsprechend einem der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele. Zu erkennen ist die Ausmündung der Schmierbohrung 33, die in die Drucktasche 34 einmündet. Die Drucktasche 34 kann durch eine oder mehrere Unterteilungen 36 labyrinthartig unterteilt sein, um dem schnellen Entweichen des Druckmittels entgegenzuwirken und somit die hydrostatische Entlastung zu verbessern.
  • Die Figuren 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen einer Gelenkverbindung zwischen dem erfindungsgemäßen Gleitschuh 10 und dem zugeordneten Kolben 5.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Figur 6 ist an den Kolben 5 ein Kugelkopf 40 angeformt, der in die sphärische Ausnehmung 41 des Gleitschuhs 10 eingreift. Die Kugelkopfverbindung 40, 41 ermöglicht innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs eine freie Winkeleinstellung des Gleitschuhs 10 gegenüber der Längsachse 43 des Kolbens.
  • Im Ausführungsbeispiel nach Figur 7 dagegen ist ein Kugelkopf 44 an dem Gleitschuh 10 angeformt, während der Kolben 5 eine sphärische Ausnehmung 45 aufweist. Auf diese Weise wird ebenfalls eine gelenkartige Verbindung zwischen dem Gleitschuh 10 und dem Kolben 5 verwirklicht.
  • Aus Gewichtsgründen ist der Kolben 5 als Hohlkolben ausgebildet. Der zylinderseitig offene Kolbenhohlraum 46 ist gleitschuhseitig durch einen Schmiermittelkanal 47 verlängert. Die trichterförmigen Ausmündungsbereiche 48 bzw. 49 der Schmierbohrung 33 bzw. des Schmiermittelkanals 47 überlappen sich in jeder Winkelstellung, die der Gleitschuh 10 gegenüber der Längsachse 43 des Kolbens 5 einnehmen kann, so daß in jeder Winkelstellung ein kontinuierlicher Schmiermittelfluß von dem Kolbenhohlraum 46 zu der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Drucktasche 34 ermöglicht wird.
  • Hervorzuheben ist, daß die erfindungsgemäße Weiterbildung des Gleitschuhs 10 für beide in den Figuren 6 und 7 gezeigten Verbindungsarten gleichermaßen geeignet ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind vielfältige geometrische Formen des in den Stützkörper 30 eingesetzten Gleitteils 31 möglich. Auch ist es denkbar, daß das Gleitteil 31 seinerseits mehrteilig ausgebildet ist, z.B. durch mehrere auf einer Kreislinie angeordnete Gleitklötze.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8, bei der gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist an der Gleitsohle 35 des Gleitschuhs 10 eine Gleitschicht 51 aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und vorzugsweise auch einem geringen spezifischen Gewicht angeordnet.
  • Eine weitere Gleitschicht 52 befindet sich auf wenigstens einem Teil oder der gesamten sphärischen Gelenkfläche 53, die beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 konkav ausgebildet ist und die Ausnehmung 32 bildet, jedoch auch konvex an einem Kugelkopf 44 gemäß Fig. 7 ausgebildet sein kann.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 erstrecken sich die die Ausnehmung 32 umgebende Ringwand 54 des Stützkörpers 30 und die an deren Innenfläche angeordnete sphärische Gelenkfläche 53 mit der Gleitschicht 52 über den Mittelpunkt der Kugelform hinaus zur der Gleitsohle 35 abgewandten Seite hin so weit, daß der Kugelkopf 40 des zugehörigen Kolbens 5, 6 zum einen hintergriffen wird und zum anderen die Gelenkbeweglichkeit der Gelenkverbindung gewährleistet ist. Außerdem kann hierdurch die Gleitschicht 52 oder ein entsprechendes dickeres Gleitteil in der Ausnehmung 32 formschlüssig gehalten werden. Die sphärische Gelenkfläche 53 weist somit eine kugelabschnittförmige Form auf. Dies gilt auch für die Gleitschicht 52, wobei diese sich auf der der Gleitsohle 35 abgewandten Seite bis zum freien Rand der sphärischen Gelenkfläche 53 erstrecken kann oder davon einen axialen Abstand aufweisen kann. Die Schmierbohrung 33 durchsetzt auch die Gleitschicht 52.
  • In solchen Fällen, in denen der Gleitschuh 30 an seiner die Gleitsohle 35 aufweisenden Seite einen von der Ringwand 57 radial vorspringenden Flansch 55 mit einer zur der Gleitsohle 35 abgewandten Seite hin weisenden Stufenfläche 56 für einen durch einen Pfeil angedeuteten Niederhalter 57 aufweist, ist es vorteilhaft, an der sich vorzugsweise rechtwinklig zur Längsmittelachse des Gleitschuhs 30 erstreckenden Stufenfläche 56 eine Gleitschicht 58 aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und vorzugsweise auch geringem spezifischen Gewicht anzuordnen. Die Gleitschicht kann auch an den sich an die Stufenfläche 56 anschließenden zylindrischen Umfangswandabschnitt der Ringwand 54 als Gleitschicht 58a angeordnet sein.
  • Der Beschichtungswerkstoff der Gleitschicht 51 und/oder 52 und/oder 58 bzw. 58a hat neben der nötigen Haftung an den Grundwerkstoff des Stützkörpers 30 noch ausreichende Gleiteigenschaften sowie Abriebfestigkeit und vorzugsweise auch ein geringes spezifisches Gewicht aufzuweisen. Da die vorgenannte Gleitschicht oder Gleitschichten im Vergleich mit einem eingesetzten Gleitteil 31 gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen ein geringeres Volumen aufweist, spielt das spezifische Gewicht der Gleitschicht oder Gleitschichten gemäß Fig. 8 eine geringere Bedeutung, und deshalb können diese Gleitschichten im Rahmen der Erfindung aus einem leichten Material bestehen, z.B. aus einem keramischen Material der bereits beschriebenen Arten, oder aus einem Material üblichen größeren spezifischen Gewichtes, wie es bei üblichen Gleitmaterialien, z.B. Metallen mit Gleiteigenschaften, üblich ist. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 dienen die Gleitschicht oder Gleitschichten somit im wesentlichen der Vergrößerung der Verschleißfestigkeit und der Lebensdauer des Gleitschuhs 30, wobei sie auch zur Gewichtsverminderung und somit zur Verbesserung der dynamischen Eigenschaften beitragen, wenn sie gleichzeitig aus einem Material geringen spezifischen Gewichts bestehen.
  • Es ist im Rahmen der Erfindung möglich und vorteilhaft, auch die Gleitschicht oder Gleitschichten 51, 52, 58, 58a gemäß Fig. 8 als in den Stützkörper 30 eingesetzte Gleitteile auszugestalten. In solchen Fällen oder auch dann, wenn die Gleitschichten eine größere Dicke als z.B. etwa 0,3 bis 0,5 mm aufweisen, ist es besonders vorteilhaft, ein Material geringeren spezifischen Gewichts zu verwenden, weil in diesen Fällen der Volumenanteil bezüglich des Volumens des Stützkörpers 30 größer ist und somit zur Gewichtsverminderung des Gleitschuhs 10 beigetragen werden kann. Bei dickerer Ausgestaltung bildet deshalb die jeweilige Gleitschicht 51, 52, 58, 58a ein Gleittuch, und deshalb sind die Gleitschichten in Fig. 8 auch mit der Bezugszahl 31 bezeichnet. Außerdem können solche Gleitteile 31 auch in Ausnehmungen 58b eingesetzt sein, wie es Fig. 8 zeigt.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 wird die konvergente Form der Ringwand 54 nach dem Einsetzen des zugehörigen Kugelkopfes 40 in die Ausnehmung 32 durch Einbiegen oder Eindrücken hergestellt, wobei die Ringwand 54 bleibend verformt wird. Damit die zugehörige Gleitschicht 52 oder ein entsprechendes Gleitteil diese Verformung mitmachen kann, ist es vorteilhaft, in einem solchen Fall ein Material zu verwenden, das entsprechend verformbar bzw. biegbar ist.
  • Auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 kann die Drucktasche 34 durch eine oder mehrere Unterteilungen 36 labyrinthartig unterteilt sein, um dem schnellen Entweichen des Druckmittels entgegenzuwirken und somit die hydrostatische Entlastung zu verbessern.
  • Wie aus Fig. 8 zu entnehmen ist, befindet sich die Gleitschicht 51 auch auf der Grundfläche der Drucktasche 34. Dies ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch vorgegeben, daß die Gleitschicht 51 durch ein Beschichtungsverfahren aufgebracht wird, bei dem nicht nur die Gleitsohlenfläche, sondern auch die Grundflächen der Unterteilungen 36 mitbeschichtet werden, was in diesem Falle einfacher ist als eine andere Maßnahme, die Unterteilungen 36 abzudecken. Bei einer solchen Beschichtung auch der Grundfläche der Drucktasche 34 durchsetzt die Schmierbohrung 32 auch diese Beschichtung, wie es Fig. 8 zeigt.

Claims (16)

  1. Gleitschuh zum gleitenden Abstützen der Kolben (5, 6) einer Axial- oder Radialkolbenmaschine gegen eine Gleitfläche (20),
    bestehend aus einem mit dem zugeordneten Kolben (5) in Verbindung stehenden Stützkörper (30) und einem in den Stützkörper (30) eingesetzten und mit diesem verbundenen Gleitteil (31), das an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht besteht und
    daß der Stützkörper (30) aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit und gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht besteht.
  2. Gleitschuh zum gleitenden Abstützen der Kolben (5, 6) einer Axial- oder Radialkolbenmaschine gegen eine Gleitfläche (20),
    bestehend aus einem mit dem zugeordneten Kolben (5) inVerbindung stehenden Stützkörper (30), der an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt und an dessen Gleitsohle (35) eine Gleitschicht (51) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht angeordnet ist, oder Gleitschuh (10) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) aus einem Material hoher mechanischer Festigkeit und gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht besteht.
  3. Gleitschuh nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) aus einem Leichtmaterial oder Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bzw. Titan oder Titanlegierung besteht.
  4. Gleitschuh nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es sich bei dem Leichtmetall um AL Zu Mg Cu 1,5 %, Ti A16V4 handelt.
  5. Gleitschuh, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) an seiner Kolbenseite eine konvexe oder konkave sphärische Gelenkfläche (53) aufweist, die mit einer gegensinnig sphärischen Gelenkfläche am Kolben (5, 6) gleitend zusammenwirkt, und daß der Stützkörper (30) im Bereich der sphärischen Gelenkfläche (53) eine Gleitschicht (51) oder ein in die sphärische Gelenkfläche (53) eingesetztes Gleitteil (31) aufweist, die bzw. das aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften besteht.
  6. Gleitschuh nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Gleitschicht (51) oder das Gleitteil (31) sich in ihrer bzw. seiner sphärischen Form über den Mittelpunkt der sphärischen Form hinaus erstreckt.
  7. Gleitschuh, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) an seiner Mantelfläche eine Stufenfläche (56) aufweist, die zur Kolbenseite hin gerichtet ist und die Stufenfläche (56) eine Gleitschicht (58) aufweist oder in die Stufenfläche (56) ein Gleitteil (31) eingesetzt ist, wobei die Gleitschicht (58) und/oder das Gleitteil (31) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen.
  8. Gleitschuh nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der sich an die Stufenfläche (56) zur Kolbenseite hin anschließende Mantelflächenabschnitt des Stützkörpers (30) eine Gleitschicht (58a) oder ein in den Mantelflächenabschnitt eingesetzes Gleitteil (31) aufweist, wobei die Gleitschicht (58a) und/oder das Gleitteil (31) aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften bestehen.
  9. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) und/oder die Gleitschicht (51, 52, 58, 58a) aus einem leichten Material, insbesondere aus einem keramischen Material besteht oder bestehen.
  10. Gleitschuh nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es sich bei dem keramischen Material um Al2O3, ZrO2, SiC handelt.
  11. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) ringförmig ausgebildet ist.
  12. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 9 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) scheibenförmig ausgebildet ist.
  13. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 8 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) zylinderförmig ausgebildet ist.
  14. Gleitschuh nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Gleitteil (31) in Form eines Stufenzylinders mit Zylinder-Abschnitten (31a, 31b) unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist.
  15. Gleitschuh nach Anspruch 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) eine Ausnehmung (32) zur Aufnahme eines Kugelkopfes (40) des zugeordneten Kolbens (5) aufweist und
    daß das Gleitteil (31) einen an den Kugelkopf (40) des Kolbens (5) angrenzenden und an diesen angepaßten ersten Zylinder-Abschnitt (31a), dessen Durchmesser mit dem Durchmesser der Ausnehmung (32) zur Aufnahme des Kugelkopfes (40) im wesentlichen übereinstimmt, und einen zweiten Zylinder-Abschnitt (31b) mit gegenüber dem ersten Zylinder-Abschnitt (31a) größerem Durchmesser, der an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt, aufweist.
  16. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 9 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Stützkörper (30) und/oder das Gleitteil (31) und/oder die Gleitschicht (51, 52) von einer Schmierbohrung (33) durchdrungen sind.
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