DE19601721C3

DE19601721C3 - Gewichtsoptimierter, mehrteiliger Gleitschuh

Info

Publication number: DE19601721C3
Application number: DE19601721A
Authority: DE
Inventors: Ralf Lemmen
Original assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Priority date: 1996-01-18
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 2003-07-24
Anticipated expiration: 2016-01-19
Also published as: DE19601721A1; EP0785359A1; EP0785359B1; DE59710906D1; DE19601721C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleitschuh zur Verwendung in einer Axial- oder Radialkolbenmaschine.

Mehrteilig ausgebildete Gleitschuhe nach dem Oberbe griff des Anspruches 1 zur Verwendung in hydrostatischen Maschinen sind bereits bekannt. Ein Gleitschuh dieser Art ist in der Fig. 8 der DE-36 27 652 A1 als zweiteiliger Gleit schuh beschrieben, mit einem scheibenförmigen, an einer Taumelscheibe anliegenden Gleitteil aus einem Keramik- Material und einem Stützkörper aus gehärtetem Lagerstahl, der eine Ausnehmung aufweist, in die das Gleitteil fest ein gesetzt ist. Durch das an der Gleitsohle angeordnete Gleitteil soll einem Festfressen des Gleitschuhs entgegengewirkt werden.

In der GB 13 55 325 ist ein Gleitschuh für eine Axialkol benmaschine beschrieben, der an seiner einer Schrägscheibe zugewandten Seite eine Beschichtung aus einem Gleitmate rial aufweist und an seiner gegenüberliegenden Seite eine halbkugelförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Kugel kopfes eines zugehörigen Kolbens aufweist, wobei der Gleitschuh aus einer Aluminiumlegierung oder Titan bzw. einer Titanlegierung besteht.

Aus der US-3 263 623 ist ebenfalls ein zweiteiliger Gleit schuh bekannt. Das ringförmig ausgebildete Gleitteil ist da bei so angeordnet, daß es mit der Drucktasche zur hydrauli schen 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.

Ein weiterer Gleitschuh ist in der Fig. 4 der US 5,392,693 als zweiteiliger Gleitschuh beschrieben. Der Gleitschuh weist dabei ein Gleitteil aus einem keramischen Material, das in Form eines Stufenzylinders mit Zylinder-Abschnitten unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist, auf. Dabei grenzt ein erster Zylinder-Abschnitt an einen Kugelkopf eines Kolbens an und ein zweiter Zylinder-Abschnitt liegt an einer Gleitfläche einer Schrägscheibe an. Der erste Zylinder-Abschnitt ist mit einem Ring verbunden, der bei einer Hubbewegung des Kolbens ein Lösen des Kugelkopfes von dem Gleitteil verhindert.

Bei hohen Drehzahlen von hydrostatischen Maschinen werden die Gleitschuhe mit erheblichen Fliehkräften bela stet. 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 Gleiteigenschaft des Gleitschuhs zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Wie bereits aus der US 5 392 693 bekannt, bildet beim erfindungsgemäßen Gleitschuh das Gleitteil an seiner Kolbenseite eine zweite Gleitfläche für den Kol ben, so daß die guten Gleiteigenschaften des Gleitteils auch dem Gleitlager zwischen dem Gleitschuh und dem zugehö rigen Kolben zugute kommt. Außerdem wird der Vorteil er reicht, daß die Stützkraft vom Kugelkopf eines zugehörigen Kolbens unmittelbar auf das Gleitteil übertragen wird und sich in dem Gleitteil in Richtung auf die Gleitfläche recht winklig fortsetzt. Die Stützkraft wird dabei nicht zunächst in den Stützkörper eingeleitet und dann auf das Gleitteil über tragen, sondern die Krafteinleitung erfolgt unmittelbar in das Gleitteil, wobei die Stützkraft von dem Gleitteil unmit telbar über die Gleitsohle auf die Gleitfläche einer zugehöri gen Antriebsscheibe für die Kolben übertragen wird, so daß Spannungen an der Grenzfläche zwischen dem Stützkörper und dem Gleitteil vermieden werden.

Im weiteren liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß zur Verminderung der auf die Gleitschuhe einwirkende Fliehkraft das Eigengewicht der Gleitschuhe vermindert werden muß. Dies wird erfindungsgemäß 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 gleich zeitig geringem spezifischen Gewicht ausgewählt wird. Hierdurch wird die auf die Gleitschuhe einwirkende Flieh kraft vermindert und somit ein höherer Drehzahlbereich beim Betrieb der hydrostatischen Maschine ermöglicht. 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 Stütz körper neben geringem spezifischen Gewicht lediglich auf eine hohe mechanische Festigkeit zu achten ist, während die Gleiteigenschaften dieses Materials unerheblich sind.

Die Ansprüche 2 bis 5 beinhalten vorteilhafte Weiterbil dungen der Erfindung.

Die Ansprüche 2 bis 4 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 Titanle gierung.

Das Gleitteil besteht aus einem kerami schen Material. Besonders geeignet sind alle als Lager ver wendbare Materialien, wie z. B. Al₂O₃, ZrO₂ und SiC.

Entsprechend Anspruch 5 kann der Stützkörper und/oder das Gleitteil von einer Schmierbohrung durchdrungen sein.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrie ben. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Gleitsohle eines Gleit schuhs nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine.

Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Axialkolben maschine 1 ist eine Zylindertrommel 3 mit einer drehbar ge lagerten Welle 2 kraftschlüssig verbunden. In der Zylinder trommel 3 sind radial verteilte Zylinderbohrungen, nachfol gend als Zylinder 4 bezeichnet, angeordnet. In den Zylin dern 4 sind Kolben 5, 6 verschiebbar gelagert, wobei sich die Kolbenköpfe 7, 8 an der Gleitfläche 20 einer feststehen den 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 glei cher Weise zur Verwendung in Verbindung mit Radialkol benmaschinen.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausgestaltung der Gleitschuhe 10. Der Gleitschuh 10 ist in einen Stützkörper 30 und ein in den Stützkörper 30 eingesetztes und mit diesem ver bundenes Gleitteil 31 untergliedert.

Der Gleitschuh weist an seiner unterseitigen Gleitsohle 35 zur hydrostatischen Entlastung eine Drucktasche 34 auf, die über eine Schmierbohrung 33 mit einer 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 295 14 831 der gleichen An melderin verwiesen, dessen Offenbarung in die vorliegende Anmeldung zur Verkürzung der Darstellung durch Bezug nahme einbezogen wird.

Wesentlich ist die Untergliederung des Gleit schuhs 10 in ein Gleitteil 31 aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften und einen Stützkörper 30 aus einem Ma terial hoher mechanischer Festigkeit. Da für das Material des Gleitteils 31 lediglich die Gleiteigenschaften, nicht je doch 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 nur bezüglich des Gleitkontaktes mit den Kol benköpfen von Bedeutung sind, entsteht ein größerer Spiel raum 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 aufwei sen. Dadurch kann das Gewicht des gesamten Gleitschuhs 10 insgesamt wesentlich verringert werden, was eine Redu zierung der auf den Gleitschuh 10 einwirkenden Fliehkraft bewirkt. Durch die Trennung der Gleit- und Stützfunktion des Gleitschuhs durch Unterteilung in ein Gleitteil 31 und einen Stützkörper 30 kann daher die Dreh zahl einer hydrostatischen Maschine, bei welcher die erfin dungsgemäßen 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 Leichtme talle, insbesonders aus Aluminium oder einer Aluminiumle gierung. Besonders geeignet sind AL Zu Mg Cu 1,5%, Ti A16V4.

Für das Gleitteil 31 eignen sich keramische Materialien, insbesondere Al₂O₃, ZrO₂ und SiC.

In Fig. 1 ist das Gleitteil 31 in Form eines Stu fenzylinders ausgebildet, der sich in einen ersten, an die Ausnehmung 32 angrenzenden Zylinder-Abschnitt 31a und einen zweiten, die Gleitsohle 35 bildenden Zylinder-Ab schnitt 31b untergliedert. Der erste Zylinder-Abschnitt 31a bildet den unteren Abschluß der Ausnehmung 32. Der zweite Zylinder-Abschnitt 31b grenzt an die Gleitfläche 20 der Taumel-, Schief- oder Schrägscheibe an und nimmt die Drucktasche 34 auf. Ferner ist bei dieser Ausgestaltung die Schmierbohrung 33 vollständig in dem Gleitteil 31 ausge bildet.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Stützkraft von dem kugelförmigen Zylinder kopf 7 des Kolbens 5 unmittelbar auf das Gleitteil 31 über tragen wird und somit Spannungen an der Grenzfläche zwi schen dem Stützkörper 30 und dem Gleitteil 31 vermieden werden. Der das Gleitteil 31 umgebende Stützkörper 30 nimmt die nach außen gerichteten Kräfte auf, was von wesentlicher Bedeutung ist, wenn das Gleitteil 31 aus einem Keramik material, besteht.

Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Gleitsohle 35 eines Gleit schuhs entsprechend der in Fig. 1 dargestell ten Ausgestaltung. Zu erkennen ist die Ausmündung der Schmierbohrung 33, die in die Drucktasche 34 einmündet. Die Drucktasche 34 kann durch eine oder mehrere Untertei lungen 36 labyrinthartig unterteilt sein, um dem schnellen Entweichen des Druckmittels entgegenzuwirken und somit die hydrostatische Entlastung zu verbessern.

Claims

1. Gleitschuh (10) 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 mit dem Stützkörper (30) verbundenen Gleitteil (31), das an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt,
wobei das Gleitteil (31) aus einem keramischen Material mit guten Gleiteigenschaften besteht,
wobei das Gleitteil (31) eine Ausnehmung (32) zur Aufnahme eines Kugelkopfes (7) des zugeordneten Kolbens (5) aufweist, und
das Gleitteil (31) in Form eines Stufenzylinders mit Zylinder-Abschnitten (31a, 31b) unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist,
wobei das Gleitteil (31) einen an den Kugelkopf (7) des Kolbens (5) angrenzenden ersten Zylinder-Abschnitt (31a) und
einen zweiten Zylinder-Abschnitt (31b) mit gegenüber dem ersten Zylinder-Abschnitt (31a) größerem Durchmesser, der an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt, aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stützkörper (30) aus einem Material mit hoher mechanischer Festigkeit besteht,
daß das Gleitteil (31) in den Stützkörper (30) eingesetzt ist,
daß der erste Zylinder-Abschnitt (31a) an den Kugelkopf (7) des Kolbens (5) angepaßt ist,
daß der Durchmesser des ersten Zylinder-Abschnittes (31a) mit dem Durchmesser der Ausnehmung (32) zur Aufnahme des Kugelkopfes (7) übereinstimmt und
daß das Gleitteil (31) radial außenseitig von dem Stützkörper (30) umgeben ist.

2. Gleitschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) aus einem Leichtmaterial, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bzw. Titan oder Titanlegierung, besteht.

3. Gleitschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Leichtmetall um AL Zu Mg Cu 1,5%, Ti A16V4 handelt.

4. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem keramischen Material um Al₂O₃, ZrO₂, SiC handelt.

5. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil (31) von einer Schmierbohrung (33) durchdrungen ist.