WO2011029830A1 - Axialkolbenmaschine sowie verfahren zum herstellen einer solchen axialkolbenmaschine - Google Patents

Axialkolbenmaschine sowie verfahren zum herstellen einer solchen axialkolbenmaschine Download PDF

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WO2011029830A1
WO2011029830A1 PCT/EP2010/063143 EP2010063143W WO2011029830A1 WO 2011029830 A1 WO2011029830 A1 WO 2011029830A1 EP 2010063143 W EP2010063143 W EP 2010063143W WO 2011029830 A1 WO2011029830 A1 WO 2011029830A1
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WO
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piston
shoe
piston shoe
ball
axial
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Application number
PCT/EP2010/063143
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English (en)
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Inventor
Markus Liebherr
Franz-Josef Schwede
Erich Eckhardt
Original Assignee
Mali Holding Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons
    • F04B1/126—Piston shoe retaining means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/122—Details or component parts, e.g. valves, sealings or lubrication means
    • F04B1/124—Pistons

Definitions

  • the present invention is in the field of hydraulic machines. It relates to an axial piston according to the preamble of claim 1 and a method for producing such a machine.
  • Axial piston machines of the oblique-axis type have proved particularly suitable in the art of stepless, hydrostatically-power-split transmissions as pumps and motors in the hydrostatic power branch (see, for example, WO-A 1 -2006/042434 or WO-A2-2009/097701).
  • large benefits such as those incurred in agricultural tractors, construction machinery or marine propulsion
  • axial piston machines with large displacement eg 300cm 3 and more
  • large adjustment pivoting ranges of 45 ° and more
  • Such axial piston machines have a cylinder block in which a plurality of parallel pistons is arranged to be displaceable about a central axis in corresponding bores in the axial direction.
  • Each of the pistons is supported by means of a ball joint and a piston shoe comprehensive ball joint on all sides pivotally in a holder which is formed in a swash plate machine as a pivoting disc and is arranged in the oblique axis machine as a flange on a drive shaft.
  • the piston shoe usually encloses the ball at the end of the piston skirt beyond the equatorial plane to secure the piston against slipping out.
  • FIG. 9 A known axial piston machine of the oblique axis type is shown in a perspective view in Fig. 9, wherein the pivot housing is shown separately.
  • the axial piston machine 26 of FIG. 1 comprises a drive shaft 28, at one end of an annular flange 1 7 is formed. In this flange 1 7 are distributed around the shaft axis around several pistons 1 0 mounted pivotably on all sides by means of corresponding ball joints.
  • the pistons 10 dip axially displaceable into corresponding holes in a cylinder block 27, which is rotatably mounted in the pivot housing 30 shown separately.
  • a central synchronizing shaft 29 synchronizes the rotation of the drive shaft 28 and cylinder block 27 at any pivoting angle.
  • the (one-piece) pivot housing 30 has two opposite in the pivot axis pivot 31 and 32.
  • the one pivot pin 31 also serves as access to the pressure channels, which run in the interior of the pivot housing 30 between this pivot 31 and port openings for the bores of the cylinder block 27 to dissipate under high pressure oil from the cylinders or supply the cylinders.
  • a piston shoe 14 (Fig. 2) is produced, which has a cylindrical block in an axially extending recess 1 5, which consists of a cylinder portion 1 5a and a subsequent hemispherical spherical section 1 5b composed.
  • the radius of the ball portion 1 5b and the diameter of the cylinder portion are the ball 1 2 adapted so that it (as shown in Fig. 3) in the recess 1 5 can be fully inserted.
  • the piston 1 0 is then inserted with the ball 1 2 in the recess 1 5. Subsequently, the edge 1 6 of the piston shoe - similar to the ball joint of DE-Al -43 05 994 or WO-Al -96 / 41 961 - in the direction of the drawn in Fig. 3 transverse arrows above the equatorial plane of the ball 1 second deformed inwardly to plastically, so that the ball 1 2 "is trapped" in the recess 1 5.
  • the piston shoe 1 4 with the captive articulated piston 1 0 is then shown in FIG. 3 in a press fit into the bore 1 8 of Drive shaft flange 1 7 pressed.
  • the bore 1 8 is tilted slightly with its axis, preferably with respect to the axis of the drive shaft 28 to the outside, to allow larger swivel angle, as shown for example in EP-A2-1 201 925.
  • the inner contour of the retracted piston shoe at the equator must have a circumferential groove so that when pulling the area of the equator does not press on the ball and the piston in the shoe can not be moved.
  • the groove makes an additional processing step necessary and represents a possible break point.
  • the invention is characterized in that the piston shoe is divided.
  • the piston shoe is divided. By dividing into several separate parts of the piston shoe can be made final before assembly and then assembled around the ball of the piston to surround the ball captive. A plastic deformation (indentation) or other post-processing of the outer contour of the piston shoe is no longer necessary.
  • the assembled piston shoe with the enclosed ball of the piston is then pressed into the associated bore, whereby the parts of the piston shoe are held together.
  • the piston shoe is in each case divided along a dividing plane, which respectively passes through the axis of the bore and subdivides the piston shoe into two mirror-symmetrical half shells.
  • the piston shoe is bounded in each case on its open side by a conically widening annular surface. In this way, additional space can be gained for an enlarged swivel range.
  • Another embodiment is characterized in that the piston shoe is in each case in the bore in a press fit. As a result, can be dispensed with additional mounting means. At the same time, the play of the ball joint is determined exclusively by the fit between ball and recess.
  • each means are provided for securing the seat of the piston shoe in the bore and for connecting the parts of the piston shoe.
  • the securing means each comprise a snap ring, the encloses the parts of the piston shoe concentric to the axis of the bore.
  • the piston shoe has an annular groove for receiving the snap ring, and in the inner wall of the bore a circumferential locking groove is provided, in which the snap ring engages positively.
  • the final shape of the piston shoe is produced exclusively by material-removing method.
  • the interior of the piston shoe can be sealed off from the outer space in the parting plane according to another embodiment. This can be done by introducing a seal between the parts of the piston shoe.
  • a sealing cohesive connection for example gluing, soldering or welding
  • the piston shoe does not have to be subsequently plastically deformed, the piston shoe can advantageously consist of a hard, wear-resistant and non-plastically deformable material.
  • ceramics, hard metals or special alloys can be used as a piston shoe, which have particularly favorable wear and emergency running properties.
  • the piston shoe may consist of a Cu alloy, preferably a special brass similar to CuZn37Mn3Al2 PbSi.
  • a preferred embodiment of the axial piston machine according to the invention is characterized in that the axial piston machine is a bent axis machine, that the cylinder block is rotatably mounted in a, preferably one-piece, pivot housing, that is used as a holder arranged on a drive shaft annular flange, and that the pivot angle of the pivot housing is greater than or equal to 45 °.
  • the inventive method for producing an axial piston machine is characterized in that in a first step in each case the individual parts of the piston shoe are finished, that in a second step in each case the parts of the piston shoe are joined together enclosing the ball of the associated piston to the finished piston shoe, and that in a third step, the assembled piston shoe with the piston mounted therein is inserted into the associated bore in the holder, in particular pressed.
  • An embodiment of the method according to the invention is characterized in that, in the first step, the recess required for receiving and holding the ball is machined out of an undivided block, and then the machined block is separated into the individual parts.
  • material is usually lost through the separation process.
  • Another embodiment of the method according to the invention is characterized in that in the first step, the block is divided into parts, that the parts are detachably joined together again to form a block, and that worked out of the assembled block necessary for receiving and holding the ball recess becomes. This helps to safely avoid material losses that affect the fit.
  • Another embodiment of the inventive method is characterized in that after the second step, the joined parts of the piston shoe, the parts are secured by a surrounding snap ring against falling apart, and that in the third step, the assembled piston shoe with in the enclosing Snap ring is inserted into the corresponding hole in the holder such that the snap ring snaps into a hole provided for locking in the hole.
  • Figure 1 is a side view of the lower portion of a piston of an axial piston machine with the intended for the pivot bearing in the bearing shoe ball.
  • FIG 2 shows in section the prepared for receiving the piston of Figure 1 piston shoe according to the conventional manufacturing method.
  • FIG 3 shows the mounting of the ball joint in the hole provided according to a conventional manufacturing method.
  • FIG. 4 analogous to Fig. 1 in turn in a side view of the lower portion of a
  • Fig. 6 shows the mounting of the ball joint in the designated hole according to the
  • FIG. 7 shows the additional securing of the split piston shoe by means of a snap ring according to another embodiment of the invention
  • Fig. 8 in several sub-figures two variants in the manufacture of the split piston shoe of Fig. 5;
  • FIG. 9 perspective side view of a known per se Axialkolbenmaschine from Schrägachsentyp, as it is particularly suitable for the use of the invention.
  • FIG. 5 An embodiment of such a split piston shoe is shown in Fig. 5.
  • the piston shoe 20 of FIG. 5 is composed of two half-shells 20a and 20b designed mirror-symmetrically to the dividing plane (22 in FIG. 6) (however, other divisions are also conceivable). These two half-shells 20a and 20b are already finished before assembly and are in their final form. This relates in particular to the upper ball portion 21 c of the two recesses 21 a and 21 b, which surround the ball 1 2 of the piston 1 0 captive beyond the equatorial plane after assembly. Furthermore, at the opening of the recess 21, a conically widening annular surface 1 9 is formed, which contributes to the enlargement of the pivot angle of the axial piston machine 26.
  • the recess 21 can be manufactured with high precision on a corresponding, for example numerically controlled, processing machine. Accordingly, precise and low-friction is the storage of the ball 1 2 in the recess 21st It is understood by those skilled in the art that in the wall of the recess 21 and / or in the surface of the ball 1 2 additional (eg spiral) channels can be introduced in the form of grooves to the distribution of the oil supplied through the bore To optimize lubrication.
  • the production of the split piston shoe 20 can be done in various ways. Two production routes are shown in FIGS. 8a-c and 8a'-c, respectively. On the one way (FIGS. 8a, 8b and 8c), an undivided cylindrical block 33 is assumed (FIG. 8a), which is then provided with material removing machining with the recess 21 and the annular surface 19 (FIG. 8b). The form-finished finished block is then divided into the two half-shells 20a and 20b (Fig. 8c), which are reassembled by receiving the ball 1 2 for final assembly. The material lost during cutting (sawing, cutting) may be e.g. be replaced by a arranged in the dividing plane seal corresponding thickness. However, it is also conceivable to divide the block without material loss (for example by "cracking" or fracture separation, as described, for example, in EP-A1-1 955 799).
  • Figure 8a ', 8b' and 8c is assumed by a divided into two block halves 33a, 33b cylindrical block 33 (Fig. 8a '), which then in the assembled state (in a corresponding holder) by material erosive Machining with the recess 21 and the annular surface 1 9 is provided (Fig. 8b ').
  • the form-finished finished block is then again separated into the two half-shells 20a and 20b (Fig. 8c), which are reassembled by receiving the ball 1 2 for final assembly.
  • the precisely machined recess remains completely intact.
  • the mating half-shells 20a, 20b can be held together with a snap ring 24 according to FIG.
  • Blocka, b block half

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem Zylinderblock, in welchem eine Mehrzahl von Kolben (10) um eine zentrale Achse herum in entsprechenden Bohrungen in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei jeder der Kolben (10) mittels eines eine Kugel (12) und einen Kolbenschuh (20) umfassenden Kugelgelenks allseitig verschwenkbar in einer Halterung (17) gelagert ist, der Kolbenschuh (20) die Kugel (12) zur Sicherung gegen ein Herausrutschen über die Äquatorialebene hinaus umschliesst, und der Kolbenschuh (20) in einer entsprechenden Bohrung (18) in der Halterung (17) sitzt. Bei einer solchen Axialkolbenmaschine wird die Herstellung und Montage dadurch erheblich vereinfacht, dass der Kolbenschuh (20) geteilt ist.

Description

Axialkolbenmaschine sowie Verfahren zum Herstellen einer solchen Axialkolbenmaschine
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem gebiet der hydraulischen Maschinen. Sie betrifft eine Axialkolbenmaschinen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Maschine.
In der Technik der stufenlosen, hydrostatisch leistungsverzweigten Getriebe haben sich insbesondere Axialkolbenmaschinen vom Schrägachsentyp als Pumpen und Motore im hydrostatischen Leistungszweig bewährt (siehe z.B. die WO-A 1 -2006/042434 oder die WO-A2- 2009/097701 ). Für die Übertragung und Verteilung grosser Leistungen, wie sie bei Ackerschleppern, Baumaschinen oder auch Schiffsantrieben anfallen, werden dabei Axialkolbenmaschinen mit grossem Schluckvolumen (z.B. 300cm3 und mehr) und grossem Verstellbereich (Schwenkbereiche von 45 ° und mehr) benötigt, wie sie beispielsweise in der WO-Al - 2006/042435 beschrieben sind.
Derartige Axialkolbenmaschinen weisen einen Zylinderblock auf, in welchem eine Mehrzahl von parallelen Kolben um eine zentrale Achse herum in entsprechenden Bohrungen in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist. Jeder der Kolben ist mittels eines eine Kugel und einen Kolbenschuh umfassenden Kugelgelenks allseitig verschwenkbar in einer Halterung gelagert, die bei einer Schwenkscheibenmaschine als verschwenkende Scheibe ausgebildet ist und bei der Schrägachsenmaschine als Flansch an einer Triebwelle angeordnet ist. Der Kolbenschuh umschliesst dabei üblicherweise die Kugel am Ende des Kolbenschaftes über die Äquatorialebene hinaus, um den Kolben gegen ein Herausrutschen zu sichern.
Eine bekannte Axialkolbenmaschine vom Schrägachsentyp ist in perspektivischer Ansicht in Fig. 9 wiedergegeben, wobei das Schwenkgehäuse separat dargestellt ist. Die Axialkolbenmaschine 26 aus Fig. 1 umfasst eine Triebwelle 28, an deren einem Ende ein ringförmiger Flansch 1 7 ausgebildet ist. In diesem Flansch 1 7 sind um die Wellenachse herum verteilt mehrere Kolben 1 0 mittels entsprechender Kugelgelenke allseitig verschwenkbar gelagert. Die Kolben 1 0 tauchen axial verschiebbar in entsprechende Bohrungen in einem Zylinderblock 27 ein, der in dem separat gezeigten Schwenkgehäuse 30 drehbar gelagert ist. Eine zentrale Synchronisierwelle 29 synchronisiert die Drehung von Triebwelle 28 und Zylinderblock 27 bei beliebigem Schwenkwinkel. Das (einstückige) Schwenkgehäuse 30 weist zwei in der Schwenkachse einander gegenüberliegende Drehzapfen 31 und 32 auf. Der eine Drehzapfen 31 dient zugleich als Zugang zu den Druckkanälen, die im Inneren des Schwenkgehäuses 30 zwischen diesem Drehzapfen 31 und Anschlussöffnungen für die Bohrungen des Zylinderblocks 27 verlaufen, um unter hohem Druck stehenden Öl aus den Zylindern abzuführen bzw. den Zylindern zuzuführen.
Bei der Herstellung einer solchen Axialkolbenmaschine wurde bisher gemäss den Fig. 1 bis 3 vorgegangen: Ausgehend von einem Kolben 1 0 (Fig. 1 ), der am unteren Ende eines Kolbenschaftes 1 1 eine Kugel bzw. einen Kugelabschnitt 1 2 aufweist und mit einer zentralen Bohrung 1 3 für die Zuführung von Öl zur Schmierung des Kugelgelenks versehen ist, wird ein Kolbenschuh 14 (Fig. 2) hergestellt, der in einem zylindrischen Block eine sich in axialer Richtung erstreckende Ausnehmung 1 5 aufweist, die sich aus einem Zylinderabschnitt 1 5a und einem daran anschliessenden halbkugelförmigen Kugelabschnitt 1 5b zusammensetzt. Der Radius des Kugelabschnitts 1 5b und der Durchmesser des Zylinderabschnitts sind der Kugel 1 2 angepasst, so dass diese (wie in Fig. 3 gezeigt) in die Ausnehmung 1 5 vollständig eingeführt werden kann.
Der Kolben 1 0 wird dann mit der Kugel 1 2 in die Ausnehmung 1 5 eingeführt. Anschliessend wird der Rand 1 6 des Kolbenschuhs - ähnlich wie beim Kugelgelenk der DE-Al -43 05 994 oder der WO-Al -96/41 961 - in Richtung der in Fig. 3 eingezeichneten quer liegenden Pfeile oberhalb der Äquatorialebene der Kugel 1 2 nach innen zu plastisch verformt, so dass die Kugel 1 2 in der Ausnehmung 1 5„gefangen" ist. Der Kolbenschuh 1 4 mit dem unverlierbar angelenkten Kolben 1 0 wird dann gemäss Fig. 3 im Presssitz in die Bohrung 1 8 des Triebwellen-Flansches 1 7 eingepresst. Die Bohrung 1 8 ist dabei mit ihrer Achse vorzugsweise gegenüber der Achse der Triebwelle 28 leicht nach aussen verkippt, um grössere Schwenkwinkel zu ermöglichen, wie dies beispielsweise in der EP-A2-1 201 925 gezeigt ist.
Problematisch und aufwändig ist bei diesem herkömmlichen Herstellungsverfahren die plastische Verformung (Einziehen) des Randes 1 6 des Kolbenschuhs: Zum einen ist beim Verform ungsprozess der aus dem Kolbenschuh 14 ragende Kolben 1 0 im Wege. Zum anderen ist es schwierig, die Verformung so durchzuführen, dass die Kugel 1 2 sicher und weitgehend spielfrei „gefangen" wird, ohne zusätzliche bzw. übermässige Reibung zwischen der Kugel und dem verformten Rand 1 6 zu erzeugen. Insbesondere gibt es beim Einziehen des Kolbenschuhs eine Rückfederung des Materials, wodurch sich automatisch mehr Axialspiel ergibt.
Darüber hinaus muss die Innenkontur des eingezogenen Kolbenschuhs am Äquator eine umlaufende Rille aufweisen, damit beim Einziehen der Bereich des Äquators nicht auf die Kugel drückt und sich der Kolben im Schuh nicht mehr bewegen lässt. Die Rille macht einen zusätzlichen Bearbeitungsschritt notwendig und stellt eine mögliche Bruchstelle dar.
Aus der Druckschrift CB 949900A ist bereits ein Hydrostat bekannt, bei dem ein horizontal geteilter Kolbenschuh eingesetzt wird, der aus einem oberen und unteren Teil zusammengesetzt ist. Dasselbe gilt auch für den in der US 29471 82 offenbarten Kolbenschuh (dortige Fig. 2), sowie die Offenbarung der Druckschriften US 2733665 und US 225051 2. Diese bekannte horizontale Teilung des Kolbenschuhs hat den Nachteil, dass der obere ringförmige Teil, der die Kugel des Kolbens im Schuh halten muss, auf irgend eine Weise zwischen Kugel und Kolben gebracht werden muss, was die Freiheit der Konstruktion beeinträchtigt und die Montage erheblich erschwert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich einfach und leicht herstellen und montieren lässt, und dabei eine weit- gehend spielfreie und reibungsarme Lagerung der Kolben im Lagerschuh ermöglicht, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 1 2 gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolbenschuh geteilt ist. Durch die Teilung in mehrere separate Teile kann der Kolbenschuh vor der Montage abschliessend gefertigt werden und anschliessend um die Kugel des Kolbens herum zusammengesetzt werden, um die Kugel unverlierbar zu umschliessen. Eine plastische Verformung (Einzug) oder eine sonstige Nachbearbeitung der Aussenkontur des Kolbenschuhs ist dazu nicht mehr nötig. Der zusammengesetzte Kolbenschuh mit der umschlossenen Kugel des Kolbens wird dann in die zugehörige Bohrung eingedrückt, wodurch die Teile des Kolbenschuhs zusammengehalten werden. Der Kolbenschuh ist dabei jeweils entlang einer Teilungsebene geteilt, welche jeweils durch die Achse der Bohrung geht und den Kolbenschuh in zwei spiegelsymmetrische Halbschalen unterteilt.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kolbenschuh jeweils an seiner offenen Seite durch eine sich konisch erweiternde Ringfläche begrenzt. H ierdurch kann zusätzlicher Platz für einen vergrösserten Schwenkbereich gewonnen werden.
Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Kolbenschuh jeweils in der Bohrung im Presssitz sitzt. Hierdurch kann auf zusätzliche Montagemittel verzichtet werden. Zugleich ist das Spiel des Kugelgelenks ausschliesslich durch die Passung zwischen Kugel und Ausnehmung bestimmt.
Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Mittel zur Sicherung des Sitzes des Kolbenschuhs in der Bohrung und zur Verbindung der Teile des Kolbenschuhs vorgesehen sind. Vorzugsweise umfassen die Sicherungsmittel jeweils einen Sprengring, der die Teile des Kolbenschuhs konzentrisch zur Achse der Bohrung umschliesst. Insbesondere weist der Kolbenschuh eine Ringnut zur Aufnahme des Sprengrings auf, und in der Innenwand der Bohrung ist eine umlaufende Rastnut vorgesehen, in welche der Sprengring formschlüssig einrastet.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die endgültige Form des Kolbenschuhs ausschliesslich durch Material abtragende Verfahren erzeugt.
Damit bei dem geteilten Kolbenschuh ein zur Schmierung in das Kugelgelenk gedrücktes Öl nicht in die Bohrung entweichen kann, kann gemäss einer anderen Ausgestaltung der Innenraum des Kolbenschuhs in der Teilungsebene gegenüber dem Aussenraum abgedichtet sein. Dies kann dadurch geschehen, dass zwischen den Teilen des Kolbenschuhs eine Dichtung eingebracht wird. Es ist aber auch denkbar, die Teile des Kolbenschuhs nach der Montage durch eine abdichtende stoffschlüssige Verbindung (z.B. Klebung, Lötung oder Schweissnaht) zu verbinden, um ein Austreten des Öls zu verhindern.
Weil der Kolbenschuh nicht nachträglich plastisch verformt werden muss, kann der Kolbenschuh mit Vorteil aus einem harten, verschle issfesten und nicht plastisch verformbaren Material bestehen. Hierdurch können auch Keramiken, Hartmetalle oder spezielle Legierungen als Kolbenschuh eingesetzt werden, die besonders günstige Verschleiss- und Notlaufeigenschaften aufweisen.
Insbesondere kann der Kolbenschuh aus einer Cu-Legierung, vorzugsweise einem Sondermessing ähnlich CuZn37Mn3Al2 PbSi, bestehen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Axialkolbenmaschine nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenmaschine eine Schrägachsenmaschine ist, dass der Zylinderblock in einem, vorzugsweise einstückigen, Schwenkgehäuse drehbar gelagert ist, dass als Halterung ein an einer Triebwelle angeordneter ringförmiger Flansch verwendet wird, und dass der Schwenkwinkel des Schwenkgehäuses grösser gleich 45 ° beträgt.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen einer Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt jeweils die einzelnen Teile des Kolbenschuhs fertig hergestellt werden, dass in einem zweiten Schritt jeweils die Teile des Kolbenschuhs unter Umschliessung der Kugel des zugehörigen Kolbens zum fertigen Kolbenschuh zusammengefügt werden, und dass in einem dritten Schritt der zusammengefügte Kolbenschuh mit dem darin gelagerten Kolben in die zugehörige Bohrung in der Halterung eingefügt, insbesondere eingepresst, wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass im ersten Schritt aus einen ungeteilten Block die zur Aufnahme und Halterung der Kugel notwendige Ausnehmung herausgearbeitet wird, und dass anschliessend der bearbeitete Block in die einzelnen Teile aufgetrennt wird. H ierbei muss berücksichtigt werden, dass durch den Trenn ungsprozess üblicherweise Material verloren geht.
Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt der Block in Teile aufgeteilt wird, dass die Teile wieder zu einem Block lösbar zusammengefügt werden, und dass aus dem zusammengefügten Block die zur Aufnahme und Halterung der Kugel notwendige Ausnehmung herausgearbeitet wird. H ierdurch können Materialverluste, die sich auf die Passung auswirken, sicher vermieden werden.
Ein andere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Schritt die zusammengefügten Teile des Kolbenschuhs die Teile durch einen sie umschliessenden Sprengring gegen ein Auseinanderfallen gesichert werden, und dass im dritten Schritt der zusammengefügte Kolbenschuh mit dem in umschliessenden Sprengring derart in die zugehörige Bohrung in der Halterung eingefügt wird, dass der Sprengring in einer dafür vorgesehenen Rastnut in der Bohrung sichernd einrastet.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einer Seitenansicht den unteren Bereich eines Kolbens einer Axialkolbenmaschine mit der für die Schwenklagerung im Lagerschuh vorgesehenen Kugel;
Fig. 2 im Schnitt den für die Aufnahme des Kolbens aus Fig. 1 vorbereiteten Kolbenschuh gemäss dem herkömmlichen Herstellungsverfahren;
Fig. 3 die Montage des Kugelgelenks in der dafür vorgesehenen Bohrung gemäss einem herkömmlichen Herstellungsverfahren;
Fig. 4 analog zu Fig. 1 wiederum in einer Seitenansicht den unteren Bereich eines
Kolbens einer Axialkolbenmaschine mit der für die Schwenklagerung im Lagerschuh vorgesehenen Kugel;
Fig. 5 im Schnitt den für die Aufnahme des Kolbens aus Fig. 4 vorbereiteten geteilten
Kolbenschuh gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 6 die Montage des Kugelgelenks in der dafür vorgesehenen Bohrung gemäss dem
Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 7 die zusätzliche Sicherung des geteilten Kolbenschuhs durch einen Sprengring gemäss einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 8 in mehreren Teilfiguren zwei Varianten bei der Herstellung des geteilten Kolbenschuhs nach Fig. 5; und
Fig. 9 perspektivischen Seitenansicht eine an sich bekannte Axialkolbenmaschine vom Schrägachsentyp, wie sie für den Einsatz der Erfindung besonders geeignet ist.
Von einem Kolben 1 0 ausgehend, wie er in Fig. 4 noch einmal gezeigt ist, wird nach der Erfindung ein einfach montierbares Kugelgelenk dadurch erreicht, dass ein geteilter Kolbenschuh eingesetzt wird. Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen geteilten Kolbenschuh ist in Fig. 5 wiedergegeben. Der Kolbenschuh 20 der Fig. 5 setzt sich aus zwei spiegelsymmetrisch zur Teilungsebene (22 in Fig. 6) ausgebildeten Halbschalen 20a und 20b zusammen (denkbar sind aber auch andere Aufteilungen). Diese beiden Halbschalen 20a und 20b sind bereits vor der Montage fertig bearbeitet und liegen in ihrer endgültigen Form vor. Dies betrifft insbesondere den oberen Kugelabschnitt 21 c der beiden Ausnehmungen 21 a und 21 b, die nach der Montage die Kugel 1 2 des Kolbens 1 0 bis über die Äquatorialebene hinaus unverlierbar umschliessen. Des Weiteren ist an der Öffnung der Ausnehmung 21 eine konisch sich erweiternde Ringfläche 1 9 ausgebildet, die zur Vergrösserung des Schwenkwinkels der Axialkolbenmaschine 26 beiträgt.
Die beiden vollständig vorgefertigten Halbschalen 20a und 20b werden unter gleichzeitiger Aufnahme der Kugel 1 2 des Kolbens 1 0 zum fertigen Kolbenschuh 20 zusammengefügt und in diesem Zustand in die Bohrung 1 8 im Flansch 1 7 der Triebwelle 28 hineingepresst. Es ergibt sich der in Fig. 6 gezeigte Endzustand, der jede weitere Bearbeitung Verformung des Kolbenschuhs überflüssig werden lässt.
Dadurch, dass die vollständige Bearbeitung der Halbschalen 20a, 20b bzw. des Kolbenschuhs 20 bereits vor der Montage durch Materialabtrag mittels Drehen, Fräsen, Schleifen etc. durchgeführt werden kann, kann die Ausnehmung 21 mit hoher Präzision auf einer entsprechenden, beispielsweise numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschine gefertigt werden. Entsprechend präzise und reibungsarm ist die Lagerung der Kugel 1 2 in der Ausnehmung 21 . Es versteht sich für den Fachmann von selbst, dass in der Wand der Ausnehmung 21 und/oder in der Oberfläche der Kugel 1 2 zusätzlich (z.B. spiralförmige) Kanäle in Form von Nuten eingebracht sein können, um die Verteilung des durch die Bohrung zugeführten Öls zu Schmierzwecken zu optimieren.
Die Herstellung des geteilten Kolbenschuhs 20 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Zwei Herstellungswege sind in den Fig. 8a-c bzw. 8a'-c wiedergegeben. Auf dem einen Weg (Fig. 8a, 8b und 8c) wird von einem ungeteilten zylinderförmigen Block 33 ausgegangen (Fig. 8a), der dann durch Material abtragende Bearbeitung mit der Ausnehmung 21 und der Ringfläche 1 9 versehen wird (Fig. 8b). Der formmässig fertig bearbeitete Block wird dann in die beiden Halbschalen 20a und 20b unterteilt (Fig. 8c), die unter Aufnahme der Kugel 1 2 zur endgültigen Montage wieder zusammengefügt werden. Das beim Teilen (Sägen, Schneiden) verlorene Material kann dabei z.B. durch eine in der Teilungsebene angeordnete Dichtung entsprechender Dicke ersetzt werden. Es ist aber auch denkbar, den Block ohne Materialverlust (z.B. durch„Cracken" oder Bruchtrennung, wie es beispielsweise in der EP-AI -1 955 799 beschrieben ist) zu teilen.
Auf dem anderen Weg (Fig. 8a', 8b' und 8c) wird von einem in zwei Blockhälften 33a, 33b unterteilten zylinderförmigen Block 33 ausgegangen (Fig. 8a'), der dann im zusammengefügten Zustand (in einer entsprechenden Halterung) durch Material abtragende Bearbeitung mit der Ausnehmung 21 und der Ringfläche 1 9 versehen wird (Fig. 8b'). Der formmässig fertig bearbeitete Block wird dann wieder getrennt in die beiden Halbschalen 20a und 20b (Fig. 8c), die unter Aufnahme der Kugel 1 2 zur endgültigen Montage erneut zusammengefügt werden. Die präzise gearbeitete Ausnehmung bleibt dabei vollständig erhalten. Die zueinander passenden Halbschalen 20a, 20b können gemäss Fig. 7 mit einem Sprengring 24 zusammengehalten werden, der in einer dafür vorgesehenen Ringnut 23 liegt und als Verlier- und Verwechslungssicherung dient. Ist in der Innenwand der Bohrung 1 8 auf vorgegebener Höhe auch noch eine ringförmige Rastnut 25 angebracht, rastet der Sprengring 24 beim Einpressen des geteilten Kolbenschuhs 20 in die Bohrung 1 8 in der Rastnut 25 ein und dient durch Formschluss als Ausziehsicherung.
Bezugszeichenliste
1 0 Kolben (Hydrostat)
1 1 Kolbenschaft
1 2 Kugel
1 3 Bohrung
14,20 Kolbenschuh
1 5 Ausnehmung
1 5a Zylinderabschnitt
1 5b Kugelabschnitt
1 6 Rand
1 7 Flansch (Triebwelle)
1 8 Bohrung
1 9 Ringfläche (konisch)
20a,b Halbschale
21 ,21 a,b Ausnehmung
21 c oberer Kugelabschnitt
22 Teilungsebene
23 Ringnut
24 Sprengring Rastnut
Axialkolbenmaschine Zylinderblock Triebwelle
Synchronisierwelle Schwenkgehäuse,32 Drehzapfen
Blocka, b Blockhälfte

Claims

Patentansprüche
1 . Axialkolbenmaschine (26) mit einem Zylinderblock (27), in welchem eine Mehrzahl von Kolben (1 0) um eine zentrale Achse herum in entsprechenden Bohrungen in axialer Richtung verschiebbar angeordnet ist, wobei jeder der Kolben (1 0) mittels eines eine Kugel (1 2) und einen Kolbenschuh (20) umfassenden Kugelgelenks allseitig verschwenkbar in einer Halterung (1 7) gelagert ist, der Kolbenschuh (20) die Kugel (1 2) zur Sicherung gegen ein Herausrutschen über die Äquatorialebene hinaus um- schliesst, und der Kolbenschuh (20) in einer entsprechenden Bohrung (1 8) in der Halterung (1 7) sitzt, wobei der Kolbenschuh (20) geteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh (20) jeweils entlang einer Teilungsebene (22) geteilt ist, welche jeweils durch die Achse (33) der Bohrung (1 8) geht und den Kolbenschuh (20) in zwei spiegelsymmetrische Halbschalen (20a, b) unterteilt.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh (20) jeweils an seiner offenen Seite durch eine sich konisch erweiternde Ringfläche (1 9) begrenzt ist.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh (20) jeweils in der Bohrung (1 8) im Presssitz sitzt.
4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils Mittel (23, 24, 25) zur Sicherung des Sitzes des Kolbenschuhs (20) in der Bohrung (1 8) und zur Verbindung der Teile (20a, b) des Kolbenschuhs (20) vorgesehen sind.
5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsmittel (23, 24, 25) jeweils einen Sprengring (24) umfassen, der die Teile (20a, b) des Kolbenschuhs (20) konzentrisch zur Achse (33) der Bohrung (1 8) umschliesst.
6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh eine Ringnut (23) zur Aufnahme des Sprengrings (24) aufweist, und dass in der Innenwand der Bohrung (18) eine umlaufende Rastnut (25) vorgesehen ist, in welche der Sprengring (24) formschlüssig einrastet.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die endgültige Form des Kolbenschuhs (20) ausschliesslich durch Material abtragende Verfahren erzeugt ist.
8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Kolbenschuhs (20) in der Teilungsebene (22) gegenüber dem Aussenraum abgedichtet ist.
9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh (20) aus einem harten, verschleissfesten und nicht plastisch verformbaren Material besteht.
10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenschuh aus einer Cu-Legierung, vorzugsweise einem Sondermessing ähnlich CuZn37Mn3Al2 PbSi, besteht.
1 1 . Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenmaschine (26) eine Schrägachsenmaschine ist, dass der Zylinderblock (27) in einem, vorzugsweise einstückigen, Schwenkgehäuse (30) drehbar gela- gert ist, dass als Halterung ein an einer Triebwelle (28) angeordneter ringförmiger Flansch (1 7) verwendet wird, und dass der Schwenkwinkel des Schwenkgehäuses (30) grösser gleich 45 ° beträgt.
1 2. Verfahren zum Herstellen einer Axialkolbenmaschine (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt jeweils die einzelnen Teile (20a, b) des Kolbenschuhs (20) fertig hergestellt werden, dass in einem zweiten Schritt jeweils die Teile (20a, b) des Kolbenschuhs (20) unter Umschliessung der Kugel (1 2) des zugehörigen Kolbens (1 0) zum fertigen Kolbenschuh (20) zusammengefügt werden, und dass in einem dritten Schritt der zusammengefügte Kolbenschuh (20) mit dem darin gelagerten Kolben (10) in die zugehörige Bohrung (1 8) in der Halterung (1 7) eingefügt, insbesondere eingepresst, wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt aus einen ungeteilten Block (33) die zur Aufnahme und Halterung der Kugel (1 2) notwendige Ausnehmung (21 ) herausgearbeitet wird, und dass anschliessend der bearbeitete Block (33) in die einzelnen Teile (20a, b) aufgetrennt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Schritt der Block (33) in Teile (33a, b) aufgeteilt wird, dass die Teile (33a, b) wieder zu einem Block (33) lösbar zusammengefügt werden, und dass aus dem zusammengefügten Block (33) die zur Aufnahme und Halterung der Kugel (1 2) notwendige Ausnehmung (21 ) herausgearbeitet wird.
1 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Schritt die zusammengefügten Teile (20a, b) des Kolbenschuhs (20) die Teile (20a, b) durch einen sie umschliessenden Sprengring (24) gegen ein Auseinanderfallen gesichert werden, und dass im dritten Schritt der zusammengefügte Kolben- schuh (20) mit dem in umschliessenden Sprengring (24) derart in die zugehörige Bohrung (1 8) in der Halterung (1 7) eingefügt wird, dass der Sprengring (24) in einer dafür vorgesehenen Rastnut (25) in der Bohrung (1 8) sichernd einrastet.
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