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Gewichtsoptimierter, mehrteiliger Gleitschuh - Dokument DE19601721C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19601721C2 21.01.1999
Titel Gewichtsoptimierter, mehrteiliger Gleitschuh
Anmelder Brueninghaus-Hydromatik GmbH, 89275 Elchingen, DE
Erfinder Lemmen, Ralf, 72072 Tübingen, DE
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Anmeldedatum 18.01.1996
DE-Aktenzeichen 19601721
Offenlegungstag 31.07.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.01.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.01.1999
IPC-Hauptklasse F04B 1/00
IPC-Nebenklasse F04B 1/20   F04B 27/08   

Beschreibung[de]

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

Mehrteilig ausgebildete Gleitschuhe nach dem Oberbegriff 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 A 1 als zweiteiliger Gleitschuh 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 eingesetzt 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 Axialkolbenmaschine beschrieben, der an seiner einer Schrägscheibe zugewandten Seite eine Beschichtung aus einem Gleitmaterial aufweist und an seiner gegenüberliegenden Seite eine halbkugelförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Kugelkopfes 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 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 Gleiteigenschaft des Gleitschuhs zu verbessern.

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

Beim erfindungsgemäßen Gleitschuh bildet das Gleitteil an seiner Kolbenseite eine zweite Gleitfläche für den Kolben, so daß die guten Gleiteigenschaften des Gleitteils auch dem Gleitlager zwischen dem Gleitschuh und dem zugehörigen Kolben zugute kommt. Außerdem wird der Vorteil erreicht, daß die Stützkraft vom Kugelkopf eines zugehörigen Kolbens unmittelbar auf das Gleitteil übertragen wird und sich in dem Gleitteil in Richtung auf die Gleitfläche rechtwinklig fortsetzt. Die Stützkraft wird dabei nicht zunächst in den Stützkörper eingeleitet und dann auf das Gleitteil übertragen, sondern die Krafteinleitung erfolgt unmittelbar in das Gleitteil, wobei die Stützkraft von dem Gleitteil unmittelbar über die Gleitsohle auf die Gleitfläche einer zugehörigen 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 gleichzeitig geringem spezifischen Gewicht ausgewählt wird. Hierdurch wird die auf die Gleitschuhe einwirkende Fliehkraft 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 Stützkörper neben geringem spezifischen Gewicht lediglich auf eine hohe mechanische Festigkeit zu achten ist, während die Gleiteigenschaften dieses Materials unerheblich sind.

Die Ansprüche 2 bis 7 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen 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 Titanlegierung.

Das Gleitteil besteht vorzugsweise aus einem keramischen Material. Besonders geeignet sind alle als Lager verwendbare Materialien, wie z. B. Al2O3, ZrO2 und SiC.

Die Ansprüche 5 und 6 betreffen die geometrische Form des Gleitteils. Das Gleitteil kann nach Anspruch 5 ringförmig und nach Anspruch 6 scheibenförmig ausgebildet sein.

Entsprechend Anspruch 7 kann der Stützkörper und/oder das Gleitteil von einer Schmierbohrung durchdrungen sein.

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

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Gleitschuh;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen zweiten Gleitschuh;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Gleitschuh;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Gleitsohle eines Gleitschuhs nach den Fig. 1 bis 3;

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine;

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Gleitschuh mit zugehörigem Kolben, wobei der Kugelkopf am Kolben ausgebildet ist;

Fig. 7 einen Schnitt durch einen Gleitschuh mit zugehörigem Kolben, wobei der Kugelkopf am Gleitschuh ausgebildet ist.

Bei der in Fig. 5 schematisch dargestellten Axialkolbenmaschine 1 ist eine Zylindertrommel 3 mit einer drehbar gelagerten Welle 2 kraftschlüssig verbunden. In der Zylindertrommel 3 sind radial 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 Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausgestaltungen der 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 Fig. 5) hergestellt. Dazu weist der Stützkörper 30 bei den in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausgestaltungen eine zumindest teilweise sphärische Ausnehmung 32 auf, in welche der kugelförmig ausgebildete Kolbenkopf (7 in Fig. 5) einführbar ist. Auf die Verbindung zwischen Kolben und Stützkörper wird anhand der Fig. 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 nur bezüglich des Gleitkontaktes mit den Kolbenköpfen von Bedeutung 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, insbesonders aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Besonders geeignet sind AL Zu Mg Cu 1,5%, Ti A16V4.

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

In Betracht kommt jedoch auch eine Blei-Bronze-Legierung und sonstige Gleitlagerwerkstoffe.

Hinsichtlich der Form des Gleitteils 31 sind in den Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausgestaltungen dargestellt. In Fig. 1 ist das Gleitteil 31 ringförmig ausgebildet, während das Gleitteil 31 in Fig. 2 eine scheibenförmige Form aufweist und von der Schmierbohrung 33 zentrisch durchdrungen wird.

In Fig. 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 Fig. 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 bei dieser Ausgestaltung die Schmierbohrung 33 vollständig in dem Gleitteil 31 ausgebildet.

Das in Fig. 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.

Fig. 4 zeigt die Ausbildung der Gleitsohle 35 eines Gleitschuhs entsprechend einer der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausgestaltungen. 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 Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsformen einer Gelenkverbindung zwischen dem Gleitschuh 10 und dem zugeordneten Kolben 5.

Bei der Ausgestaltung entsprechend Fig. 6 ist an den Kolben 5 ein Kugelkopf 40 angeformt, der in die sphärische Ausnehmung 41 des Gleitschuhs 10 eingreift. Die Kugelkopfverbindung 40, 41 ermöglichst innerhalb eines vorgegeben Winkelbereichs eine freie Winkeleinstellung des Gleitschuhs 10 gegenüber der Längsachse 43 des Kolbens.

Bei der Ausgestaltung nach Fig. 7 ist dagegen 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 Fig. 1 bis 4 dargestellten Drucktasche 34 ermöglicht wird.

Hervorzuheben ist, daß der Gleitschuh 10 für beide in den Fig. 6 und 7 gezeigten Verbindungsarten gleichermaßen geeignet ist.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele nach Fig. 3 und 4 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.


Anspruch[de]
  1. 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 in den Stützkörper (30) eingesetzten und mit diesem verbundenen Gleitteil (31), das an der Gleitfläche (20) gleitend anliegt, wobei das Gleitteil (31) aus einem keramischen Material mit guten Gleiteigenschaften und der Stützkörper (30) aus einem Material mit hoher mechanischer Festigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet,

    daß der Gleitschuh (10) eine Ausnehmung (32) zur Aufnahme eines Kugelkopfes (40) des zugeordneten Kolbens (5) aufweist,

    daß das Gleitteil (31) in Form eines Stufenzylinders mit Zylinder-Abschnitten (31a, 31b) unterschiedlichen Durchmessers ausgebildet ist, wobei 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 und

    daß das Gleitteil (31) radial außenseitig von dem Stützkörper (30) umgeben ist.
  2. 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. 3. Gleitschuh nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Leichtmetall um AL Zu Mg Cu 1,5%, Ti A16V4 handelt.
  4. 4. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem keramischen Material um Al2O3, ZrO2, SiC handelt.
  5. 5. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil (31) ringförmig ausgebildet ist.
  6. 6. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil (31) scheibenförmig ausgebildet ist.
  7. 7. Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkörper (30) und/oder das Gleitteil (31) von einer Schmierbohrung (33) durchdrungen sind.






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