DE102009020109A1

DE102009020109A1 - Hydrostatische Verdrängermaschine

Info

Publication number: DE102009020109A1
Application number: DE200910020109
Authority: DE
Inventors: Lukas Krittian; Günter Hofmann; Robert Schlosser; Matthias Dr. Plötz
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: LHY Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine (1) mit einer um eine Drehachse (D) angeordneten Zylindertrommel (2), die mit Kolbenausnehmungen (3) versehen ist, in denen jeweils ein Kolben (4) längsverschiebbar abgeordnet ist, wobei die Kolben (4) mittels jeweils eines rollenförmigen Wälzkörpers (W) an einer huberzeugenden Laufbahn (6) abgestützt sind, wobei der rollenförmige Wälzkörper (W) in einer Ausnehmung (16), insbesondere einer bohrungsförmigen Ausnehmung, des Kolbens (4) mittels eines in der Ausnehmung (16) befestigten Gleitlagerelements (20) gelagert ist. Die Aufgabe, eine derartige Verdrängermaschine zur Verfügung zu stellen, die hinsichtlich des Bauaufwandes und Fertigungsaufwandes verbessert ist sowie einen verbesserten Wirkungsgrad und eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gleitlagerelement (20) mit der Ausnehmung (16) des Kolbens (4) stoffschlüssig verbunden ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umschlingt das Gleitlagerelement (20) den Wälzkörper (W) um zumindest 180° und ist an dem Gleitlagerelement (20) ein hydrostatisch entlastetes Gleitlager (G) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines rollenförmigen Wälzkörpers an einer huberzeugenden Laufbahn abgestützt sind, wobei der rollenförmige Wälzkörper in einer Ausnehmung, insbesondere einer bohrungsförmigen Ausnehmung, des Kolbens mittels eines in der Ausnehmung befestigten Gleitlagerelements gelagert ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Befestigung eines Gleitlagerelements für einen rollenförmigen Wälzkörper in einer Ausnehmung eines Kolbens einer Verdrängermaschine der genannten Art nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bei derartigen Verdrängermaschinen, beispielsweise mehrhubigen Radialkolbenmaschinen oder Axialkolbenmaschinen, ist es bekannt, die Kolbenkräfte mittels eines Wälzkörpers an einer mit der Laufbahn versehenen mehrhubigen Hubscheibe abzustützen. Der Wälzkörper ist hierbei in dem Kolben mittels eines Gleitlagers gelagert. Sofern der Wälzköper direkt in einer Ausnehmung des Kolbens gelagert ist, steht der Wälzkörper direkt mit dem Werkstoff des Kolbens in tribologischem Kontakt. Um einen direkten Kontakt des Wälzkörpers mit dem Kolbenwerkstoff zu vermeiden, kann das Gleitlager von einem in einer Ausnehmung des Kolbens angeordneten und befestigten Gleitlagerelement, beispielsweise einer Gleitlagerschale, gebildet werden. Hierdurch können für den Kolben und das Gleitlagerelement und somit das Gleitlager unterschiedliche Werkstoffe verwendet werden. Hierdurch wird es möglich, tribologisch günstige Eigenschaften durch einen entsprechenden Gleitlagerwerkstoff vorzusehen, um Reibung und Verschleiß an dem Gleitlager zwischen dem Wälzkörper und dem Gleitlagerelement zu verringern.
Aus der nicht gattungsgemäßen DE 34 31 328 C2 , in der eine als mehrhubige Axialkolbenmaschine ausgebildete hydrostatische Verdrängermaschine beschrieben ist, in der die Kolben mittels eins als Kugel ausgebildeten Wälzkörpers an einer huberzeugenden Laufbahn abgestützt sind, ist es bereits bekannt, das Gleitlager von einer aus einem aus Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff bestehenden Gleitlagerschale auszubilden, die in einer Kolbenausnehmung des Kolbens formschlüssig befestigt ist.
Zur formschlüssigen Befestigung der Gleitlagerschale in der Kolbenausnehmung ist an der Kolbenausnehmung im äußeren Umschlingungsbereich des Wälzköpers und somit in den seitlichen Kolbenwangen jeweils eine von einem Einstich gebildete Hinterschneidung ausgearbeitet, in der die Gleitlagerschale in Umfangsrichtung gesichert ist. Die Gleitlagerschale ist an den beiden Enden entsprechend mit einer zylindrisch abgedrehten Gestalt nachzubearbeiten, so dass sich die Gleitlagerschale in den Einstichen an den seitlichen Kolbenwangen der Kolbenausnehmung halten kann.
Sofern eine derartige formschlüssige Befestigung der Gleitlagerschale in der Ausnehmung des Kolbens bei einer gattungsgemäßen Verdrängermaschine eingesetzt wird, bei der die Kolben mittels rollenförmigen Wälzkörpern an der huberzeugenden Laufbahn abgestützt sind, kann mit der formschlüssigen Befestigung der Gleitlagerschale an den von den Einstichen gebildeten Hinterschneidungen einer bohrungsförmigen Ausnehmungen des Kolbens eine Sicherung der Gleitlagerschale in Umfangsrichtung des Wälzkörpers und somit eine Sicherung der Gleitlagerschale gegen ein Herausdrehen in Umfangsrichtung erzielt werden. Bei rollenförmigen Wälzkörpern ist jedoch zusätzlich eine Sicherung der Gleitlagerschale in axialer Richtung des Wälzkörpers erforderlich. Eine derartige axiale Sicherung der Gleitlagerschale in der Ausnehmung des Kolbens kann beispielsweise durch eine Verformung der Gleitlagerschale in eine zentrale Ausformung im Kolben erzielt werden.
Insgesamt ergibt sich somit für die Sicherung und Befestigung eines von einer Gleitlagerschale gebildeten Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens einer gattungsgemäßen Verdrängermaschine mit rollenförmigen Wälzkörpern bei einer formschlüssigen Verbindung der Gleitlagerschale in der Ausnehmung des Kolbens durch die Hinterschneiungen in der Ausnehmung und die entsprechende Bearbeitung der Gleitlagerschale zur Sicherung in Umfangsrichtung und die zusätzlich erforderliche Sicherung in axialer Richtung eine hoher Herstellaufwand.
Durch die Ausbildung der Hinterschneidungen an den seitlichen Kolbenwangen des Kolbens ist zudem der Umschlingungsbereich zwischen der Gleitlagerschale und dem Wälzkörper begrenzt, wodurch die wirksame und nutzbare Gleitlagerfläche für den Wälzkörper begrenzt ist.
Bei einer Ausbildung einer hydrostatischen Entlastung des Gleitlagers, mit der Reibung und Verschleiß an dem Gleitlager zwischen dem Gleitlagerelement und dem Wälzkörper weiter herabgesetzt werden kann, ist zudem erforderlich, ein optimales Durchmesserspiel zwischen der Gleitlagerschale und dem Wälzkörper einzustellen, um einen optimalen Spalt zur Ausbildung eines hydrostatischen Druckfeldes zwischen einer mit entsprechenden Drucktasche versehenen Gleitlagerschale und dem Wälzkörper zu erzielen. Da die Gleitlagerschale den Wälzkörper an gegenüberliegenden Seiten im Bereich der seitlichen Kolbenwangen umschließt, gehen in die Toleranzberechnung, die für das Durchmesserspiel zwischen dem Wälzkörper und der Gleitlagerschale entscheidend ist, die Maße des Wälzkörperdurchmessers und des Durchmessers der bohrungsförmigen Ausnehmung des Kolbens jeweils einfach ein, die Dicke der Gleitlagerschale jedoch doppelt. Zur Erzielung eines optimalen Durchmesserspiels zwischen der Gleitlagerschale und dem Wälzkörper ist somit ein hoher Fertigungsaufwand mit entsprechend genauer Herstellung der Ausnehmung des Kolbens, des Wälzkörpers und insbesondere der Gleitlagerschale erforderlich, wodurch der Bauaufwand weiter erhöht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die hinsichtlich des Bauaufwandes und Fertigungsaufwandes verbessert ist sowie einen verbesserten Wirkungsgrad und eine verbesserte Verschleißfestigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gleitlagerelement mit der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig verbunden ist. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, bei einer Verdrängermaschine mit einer Abstützung der Kolben mittels rollenförmigen Wälzkörpern an der Laufbahn das Gleitlagerelement des Gleitlagers für den Wälzkörper stoffschlüssig in der Ausnehmung des Kolbens zu befestigen. Durch eine derartige stoffschlüssige Befestigung kann sowohl eine radiale Sicherung des Gleitlagerelements in Umfangsrichtung des Wälzkörpers als auch eine axiale Sicherung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolben erzielt werden, wodurch der Fertigungsaufwand und der Herstellaufwand verringert wird. Zudem weist durch die stoffschlüssige Verbindung des Gleitlagerelements und dem Entfall von entsprechenden Hinterschneidungen an den seitlichen Kolbenwangen des Kolbens zur Fixierung des Gleitlagerelements die Ausnehmung eine einfache Gestaltung auf und kann mit geringem Herstellaufwand hergestellt werden.
Durch die stoffschlüssige Verbindung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens und dem Entfall entsprechender Hinterschneidungen an der Ausnehmung zur Fixierung des Gleitlagerelements wird zudem gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ermöglicht, dass das Gleitlagerelement den Wälzkörper um zumindest 180° umschlingt. Durch eine Umschlingung von über 180° Grad zwischen dem Gleitlagerelement und dem Wälzkörper kann gegenüber einer formschlüssigen Befestigung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens die wirksame und nutzbare Gleitlagerfläche für den Wälzkörper vergrößert werden. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Belastbarkeit des Gleitlagers, wodurch der Wirkungsgrad und die Verschleißbeständigkeit sowie die Verschleißfestigkeit der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine erhöht werden können.
Bei einem durch die stoffschlüssige Verbindung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens erzielbarer Umschlingungsbereich von über 180° zwischen dem Gleitlagerelement und dem Wälzkörper ergeben sich weitere Vorteile, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung an dem Gleitlagerelement ein hydrostatisch entlastetes Gleitlager ausgebildet ist. Durch den vergrößerten Umschlingungsbereich infolge der stoffschlüssigen Verbindung kann ein vergrößertes hydrostatisches Entlastungsfeld zwischen einer entsprechenden Drucktasche des Gleitlagerelements und dem Wälzkörper erzielt werden, wodurch die Belastbarkeit des Gleitlagers weiter erhöht und die Reibungsverluste sowie der Verschleiß verringert werden können, so dass der Wirkungsgrad und die Verschleißbeständigkeit der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine weiter erhöht werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens kann durch den Entfall von zur Befestigung des Gleitlagerelements an den seitlichen Kolbenwangen erforderlichen Hinterschneidung zur Halterung des Gleitlagerelements die Ausnehmung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung von einer einfach und mit geringem Fertigungsaufwand herzustellenden Querbohrung mit einer zylinderförmigen Mantelfläche im Kolben gebildet werden. Somit ist ein geringer Herstellaufwand und Fertigungsaufwand für die Ausnehmung des Kolbens erzielbar.
Zudem ist möglich, gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform der Erfindung die Ausnehmung von einer U-förmigen, insbesondere gefrästen, Ausnehmung mit einem geradlinigen Konturverlauf im Kolben auszubilden. Durch den Entfall der Hinterschneidungen an den seitlichen Kolbenwangen kann die Ausnehmung im Kolben, in der das Gleitlagerelement stoffschlüssig befestigt wird, von einer einfach und mit geringem Herstellaufwand herzustellenden Ausfräsung mit einem geradlinigen Konturverlauf, d. h. einem ungestuften Konturverlauf, gebildet werden. Eine derartige U-förmige Ausnehmung kann ebenfalls durch Schmieden, Gießen oder Kaltfließpressen auf einfache Weise an dem Kolben hergestellt werden.
Bei einer derartigen Ausbildung der Ausnehmung ergibt sich ein geringer Aufwand für die Halterung des Wälzkörpers in dem Gleitlagerelement, wenn gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung das Gleitlagerelement im äußeren Umschlingungsbereich mit jeweils einer Hinterschneidung zur Halterung des Wälzkörpers versehen ist. Das im äußeren Umschlingungsbereich an der in der geradlinigen Ausnehmung mit einer ebenfalls geradlinigen Außenseite aufgenommene Gleitlagerelement kann beispielsweise im äußeren Umschlingungsbereich am Innendurchmesser (Lagerdurchmesser) zylindrisch ausgeformt sein, um jeweils eine Hinterschneidung zur Halterung des Wälzkörpers zu bilden.
Durch die erfindungsgemäße stoffschlüssige Befestigung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens wird auch ermöglicht, gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Gleitlagerelement als Grundkörper mit einem Übermaß in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig zu verbinden und anschließend den Grundkörper auf einen Lagerdurchmesser zu bearbeiten. Durch die mechanische Bearbeitung und Fertigung des in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig befestigten Gleitlagerelements auf den gewünschten Lagerdurchmesser und somit die Fertigung der Gleitlagerschale zur Aufnahme des Wälzkörpers nach dem Fügen des Grundkörpers in der Ausnehmung wird auf einfache Weise und mit geringem Fertigungsaufwand ermöglicht, ein geringes und exaktes sowie optimales Durchmesserspiel zwischen dem Wälzkörper und der Gleitlagerschale einzustellen, da die Toleranzkette aus dem Durchmesser der Ausnehmung des Kolbens und der Dicke des Gleitlagerelements sowie dem Durchmesser des Wälzkörpers durch die Bearbeitung des in der Ausnehmung befestigten Gleitlagerelements auf den gewünschten Lagerdurchmesser für das Durchmesserspiel zwischen dem Gleitlagerelement und dem Wälzkörper nicht mehr entscheiden ist und die Toleranz bzw. das Durchmesserspiel auf die Durchmessermaße des Lagerdurchmessers des Gleitlagerelements sowie des Durchmessers des Wälzkörpers reduziert ist. Bei einer Ausbildung einer hydrostatischen Entlastung an dem Gleitlagerelement kann somit mit geringem Bauaufwand und Herstellaufwand ein optimaler Spalt zur Ausbildung eines hydrostatischen Druckfeldes zwischen einer entsprechenden Drucktasche des Gleitlagerelements und dem Wälzkörper bei geringer Leckage über den Dichtspalt erzielt werden.
Der Grundkörper des Gleitlagerelements, der in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig befestigt wird, kann hierbei beispielsweise von einer einfach herzustellenden gerollten Lagerbuchse, einem Rohr oder von einem tiefgezogenen Profil gebildet sein.
Zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements mit der Ausnehmung kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ein thermisches Fügeverfahren, insbesondere Schweißen oder Löten, vorgesehen werden, wodurch insbesondere Gleitlagerelemente aus einem metallischen Werkstoff auf einfache Weise in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig verbunden werden können.
Zudem kann zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements mit der Ausnehmung ein metallurgisches Fügeverfahren, insbesondere Aufgießen, vorgesehen sein, mit dem Gleitlagerelemente aus einem metallischen Werkstoff oder Gleitlagerelemente aus einem tribologisch günstigen Werkstoff in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig befestigt werden können.
Alternativ kann zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements mit der Ausnehmung ein chemisches Fügeverfahren, insbesondere Kleben, vorgesehen sein. Durch ein Klebeverfahren können insbesondere Gleitlagerelemente aus beispielsweise einem Kunststoffwerkstoff oder anderen geeigneten Werkstoffen auf einfache Weise in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig befestigt werden.
Das Gleitlagerelement besteht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Buntmetall, insbesondere Bronze oder Messing. Derartige Werkstoffe sind durch tribologisch günstige Eigenschaften gekennzeichnet.
Zudem ist möglich, das Gleitlagerelement aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff, herzustellen, der ebenfalls günstige tribologische Eigenschaften aufweist.
Der rollenförmige Wälzkörper kann als Zylinderrolle oder Tonnenrolle ausgebildet sein. Zudem ist bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine die Verwendung eines als Kegelrolle ausgebildeten rollenförmigen Wälzkörpers möglich.
Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine kann einhubig oder mehrhubig ausgebildet sein und als Pumpe bzw. Motor betrieben werden. Die erfindungsgemäße Befestigung des Gleitlagerelements in der Ausnehmung des Kolbens kann bei einer Ausbildung der Verdrängermaschine als Radialkolbenmaschine oder als Axialkolbenmaschine verwendet werden. Die Axialkolbenmaschine kann als Schrägscheibenmaschine mit einer um die Drehachse drehbar gelagerten Zylindertrommel oder als Taumelscheibenmaschine mit einer drehbar um die Drehachse angeordneten Laufbahn ausgebildet werden.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Befestigung eines Gleitlagerelements für einen rollenförmigen Wälzkörper in einer Ausnehmung eines Kolbens einer Verdrängermaschine der genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement als Grundkörper mit einem Übermaß in der Ausnehmung des Kolbens stoffschlüssig verbunden wird und anschließend auf einen Lagerdurchmesser bearbeitet wird. Mit einem derartigen Verfahren sind eine einfache Herstellung der Ausnehmung des Kolbens und eine geringes Durchmesserspiel zwischen dem im gefügten Zustand zu der Gleitlagerschale bearbeiteten Gleitlagerelement und dem Wälzkörper mit geringem Fertigungsaufwand erzielbar. Hierdurch wird zudem mit geringem Fertigungsaufwand ermöglicht, bei einer hydrostatischen Entlastung des Gleitlagers einen optimaler Spalt zur Ausbildung eines hydrostatischen Druckfeldes zwischen einer entsprechenden Drucktasche des Gleitlagerelements und dem Wälzkörper bei geringer Leckage über den Dichtspalt auszubilden, um die Verschleißbeständigkeit und die Belastbarkeit des Gleitlagers und somit den Wirkungsrad und die Verschleißfestigkeit der Verdrängermaschine zu erhöhen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
1 eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine in einem Längsschnitt,
2 eine Ansicht gemäß Linie A mit einer ersten Ausführungsform eines Kolbens in einem Querschnitt,
3 eine zweite Ausführungsform eines Kolbens in einer Darstellung gemäß der 2 und
4 eine Abwicklung des Gleitlagers eines Kolbens gemäß den 2 und 3.
In der 1 ist eine erfindungsgemäße hydrostatische Verdrängermaschine 1, die beispielsweise als mehrhubige Axialkolbenmaschine ausgebildet ist, in einem Längsschnitt dargestellt.
Die Verdrängermaschine 1 weist eine um eine Drehachse D drehbar gelagerte Zylindertrommel 2 auf, die mit mehreren konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Kolbenausnehmungen 3 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben 4 längsverschiebbar gelagert ist.
Die Kolben 4 stützen sich hierbei mittels jeweils eines rollenförmigen Wälzkörpers W auf einer einhubigen oder insbesondere mehrhubigen Laufbahn 6 ab, die an der Stirnseite einer gehäusefesten Hubscheibe 7 ausgebildet ist. Der Wälzkörper W ist beispielsweise von einer Zylinderrolle 8 oder einer Tonnenrolle gebildet.
Die Zylindertrommel 2 stützt sich gegenüberliegend zu der Hubscheibe 7 in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche 9 ab, die einen Einlassanschluss 10 und einen Auslassanschluss 11 der Verdrängermaschine 1 bilden. Die Zylindertrommel 2 ist für jede Kolbenausnehmung 3 mit einem Verbindungskanal 12 versehen, der bei einer Drehung der Zylindertrommel 2 eine Verbindung des von der Kolbenausnehmung 3 und dem Kolben 4 gebildeten Verdrängerraums V mit dem Einlassanschluss 10 sowie dem Auslassanschluss 11 ermöglicht.
Die Zylindertrommel 2 ist weiterhin mit einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Triebwelle 13 drehfest verbunden, beispielsweise mittels einer Verzahnung 14.
Zur Beaufschlagung der Zylindertrommel 2 in Richtung der Steuerfläche 8 ist eine Feder 15 vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 sind die rollenförmigen Wälzkörper W, mit denen die Kolben 4 an der Laufbahn 6 abgestützt sind, in dem entsprechenden Kolben 4 in einer bohrungsförmigen oder maulförmigen Ausnehmung 16 gelagert, die an der der Laufbahn 6 zugewandten Stirnseite des Kolbens 4 ausgebildet ist, wobei zwischen dem Außenumfang des Wälzkörpers und der Ausnehmung 16 ein Gleitlager G, insbesondere ein hydrostatisch entlastetes Gleitlager G ausgebildet ist.
Hierzu ist in der Ausnehmung 16 des Kolben 4 – wie aus den 2 und 3 dargestellt ist – ein das Gleitlager G bildendes Gleitlagerelement 20 befestigt, in dem der entsprechende Wälzkörper W angeordnet und gehaltert ist.
Die Ausnehmung 16 des Kolbens 4 gemäß der 2 ist als eine senkrecht zu einer Kolbenlängsachse K angeordnete Querbohrung mit einer zylinderförmigen Mantelfläche ausgebildet.
Bei der 3 ist die Ausnehmung 16 des Kolbens 4 von einer senkrecht zur Kolbenlängsachse K angeordneten, beispielsweise gefrästen Ausnehmung mit einem U-förmigen Querschnitt und mit einem geradlinigen und ungestuften Konturverlauf ausgebildet.
Die Gleitlagerelemente 20 der 2 und 3 sind zwischen zwei seitlichen Kolbenwangen 16a, 16b der Ausnehmung 16 angeordnet und erstrecken sich bis zu den Enden der seitlichen Kolbenwangen 16a, 16b. In den entsprechenden Gleitlagerelementen 20 ist der von der Zylinderrolle 8 gebildete Wälzköper W drehbar um eine senkrecht zur Drehachse D angeordnete Rotationsachse R gehaltert. Die Kolbenwangen 16a, 16b und die Gleitlagerelemente 20 übergreifen jeweils den Wälzkörperäquator des Wälzkörpers W in Umfangsrichtung. Die Ausnehmung 16 und somit das Gleitlagerelement 20 umschließt somit den Wälzkörper W in Umfangsrichtung mit einem Umschlingungsbereich U von zumindest 180° Grad. Im vorliegenden Ausführungsbeispielen ist ein Umschlingungsbereich U im Bereich von 240° Grad vorgesehen.
Bei der Ausführungsform der 2 bilden das Gleitlagerelement 20, das beispielsweise als gerollte Lagerbuchse ausgebildet ist, und die von der Querbohrung gebildete Ausnehmung 16 im äußeren Umschlingungsbereich des Wälzkörpers W im Bereich der Kolbenwangen 16a, 16b und deren bohrungsförmige Innenkontur an den äußeren Enden jeweils eine Hinterschneidung H zur Halterung des Wälzkörpers W.
Bei der Ausführungsform der 3 ist das Gleitlagerelement 20 von beispielsweise einem tiefgezogenen Profil gebildet, an der im äußeren Umschlingungsbereich des Wälzkörpers W jeweils eine Hinterschneidung H zur Halterung des Wälzkörpers W ausgearbeitet und somit ausgebildet ist. Die von der im Querschnitt U-förmigen Ausfräsung gebildete Ausnehmung 16 weist im Bereich der Kolbenwangen 16a, 16b an deren äußeren Bereichen jeweils eine geradlinige Innenkontur auf.
In der Abwicklung eines möglichen Gleitlagers G und somit des Gleitlagerelements 20 gemäß der 4 ist die Ausbildung der hydrostatischen Entlastung des Gleitlagers G dargestellt. In dem Gleitlagerelement 20 ist im mittigen Bereich eine Verbindungsöffnung 21 ausgebildet, die mit jeweils einer sich in Richtung des äußeren Umschlingungsbereichs des Wälzkörpers erstreckenden Drucktasche 22a, 22b in Verbindung steht. Die Drucktasche 22a, 22b kann wie in der dargestellten Ausgestaltungsform als flächige Drucktasche ausgebildet sein oder von einer Drosselnut gebildet sein. Die Verbindungsöffnung 21 steht – wie in den 2 und 3 gezeigt ist – mit einem Versorgungskanal 23 des Kolbens 4 in Verbindung und somit dem jeweiligen Verdrängerraum V des entsprechenden Kolbens 4.
Erfindungsgemäß wird das Gleitlagerelement 20 als Grundkörper, beispielsweise als gerollte Lagerbuche gemäß der 2 oder als tiefgezogenes Profil gemäß der 3, mit einem Übermaß in der Ausnehmung 16 des Kolbens 4 stoffschlüssig befestigt und nach dem Fügen im Kolben 4 auf einen gewünschten Lagerdurchmesser bearbeitet, um eine Gleitlagerschale zur Aufnahme des Wälzkörpers W zu bilden. Bei einer Ausführungsform der 3 werden nach dem Fügen des Gleitlagerelements 20 im Kolben 4 an dem Gleitlagerelement 20 ebenfalls die Hinterschneidungen H zur Halterung des Wälzkörpers W bearbeitet und gefertigt. Das Gleitlagerelement 20 kann beispielsweise durch Schweißen, Löten, Aufgießen oder Kleben mit dem Werkstoff des Kolbens 4 stoffschlüssig verbunden werden.
Hierdurch ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Die Ausnehmung 16 im Kolben 4 ist auf einfache Weise und mit geringem Fertigungsaufwand herstellbar. Durch die stoffschlüssige Verbindung des Gleitlagerelements 20 in der Ausnehmung 16 ist das Gleitlagerelement 20 auf einfache Weise in Umfangsrichtung des Wälzkörpers W gegen Verdrehen und gleichzeitig in axialer Richtung des Wälzkörpers W entlang der Rotationsachse R in der Ausnehmung 16 gesichert. Die wirksame Gleitlagerfläche kann durch die stoffschlüssige Verbindung der Gleitlagerelements 20 mit der Ausnehmung 16 durch die Erstreckung des Gleitlagerelements 20 bis an die Enden der seitlichen Kolbenwangen 16a, 16b auf einen Umschlingungsbereich U von über 180° Grad vergrößert werden, wodurch in Verbindung mit einem hydrostatisch entlasteten Gleitlager G ein vergrößertes hydrostatisches Entlastungsfeld erzielbar ist. Die stoffschlüssige Verbindung des Gleitlagerelements 20 in der Ausnehmung 16 des Kolbens 4 ermöglicht weiterhin, einen beliebigen Gleitlagerwerkstoff mit tribologisch günstigen Eigenschaften im Kolben 4 zu befestigen, dessen Werkstoff anforderungsgemäß mit einer harten und verschleißbeständigen Oberfläche versehen ist. Durch die Bearbeitung des mit einem Übermaß in dem Kolben 4 gefügten Gleitlagerelements 20 auf einen gewünschten Lagerdurchmesser nach dem Fügen des Gleitlagerelements 20 in der Ausnehmung 16 des Kolbens 4 kann für die Gleitlagerschale ein geringes und exakt eingehaltenes Durchmesserspiel zwischen dem Wälzkörper W und dem Gleitlagerelement 20 auf einfache Weise und mit geringem Fertigungsaufwand eingestellt werden. Bei einem hydrostatisch entlasteten Gleitlager kann hierbei mit geringem Bauaufwand ein optimaler Dichtspalt ermöglicht werden, der eine hohe hydrostatischer Entlastung bei geringer Leckage über den Dichtspalt ermöglicht.
Insgesamt wird somit ein Gleitlager G erzielt, das eine hohe Belastbarkeit und eine hohe Verschleißbeständigkeit bei geringer Reibung aufweist, wodurch die erfindungsgemäße Verdrängermaschine einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3431328 C2 [0004]

Claims

Hydrostatische Verdrängermaschine mit einer um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines rollenförmigen Wälzkörpers an einer huberzeugenden Laufbahn abgestützt sind, wobei der rollenförmige Wälzkörper in einer Ausnehmung, insbesondere einer bohrungsförmigen Ausnehmung, des Kolbens mittels eines in der Ausnehmung befestigten Gleitlagerelements gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) mit der Ausnehmung (16) des Kolbens (4) stoffschlüssig verbunden ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) den Wälzkörper (W) um zumindest 180° umschlingt.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gleitlagerelement (20) ein hydrostatisch entlastetes Gleitlager (G) ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) von einer Querbohrung mit einer zylinderförmigen Mantelfläche des Kolbens (4) gebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (16) von einer U-förmigen, insbesondere gefrästen, Ausnehmung mit einem geradlinigen Konturverlauf des Kolbens (4) gebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) im äußeren Umschlingungsbereich mit jeweils einer Hinterschneidung (H) zur Halterung des Wälzkörpers (W) versehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) als Grundkörper mit einem Übermaß in der Ausnehmung (16) des Kolbens (4) stoffschlüssig verbunden ist und anschließend auf einen Lagerdurchmesser bearbeitbar ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper als gerollte Lagerbuchse oder als Rohr ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper von einem tiefgezogenen Profil gebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements (20) mit der Ausnehmung (16) ein thermisches Fügeverfahren, insbesondere Schweißen oder Löten, vorgesehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements (20) mit der Ausnehmung (16) ein metallurgisches Fügeverfahren, insbesondere Aufgießen, vorgesehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung des Gleitlagerelements (20) mit der Ausnehmung (16) ein chemisches Fügeverfahren, insbesondere Kleben, vorgesehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) aus Buntmetall, insbesondere Bronze oder Messing, besteht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) aus einem Verbundwerkstoff, insbesondere einem Metall-Kunststoff-Verbundwerkstoff, besteht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der rollenförmige Wälzkörper (W) als Zylinderrolle (8) ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der rollenförmige Wälzkörper (W) als Tonnenrolle ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der rollenförmige Wälzkörper (W) als Kegelrolle ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) einhubig ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) mehrhubig ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) als Radialkolbenmaschine ausgebildet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) als Axialkolbenmaschine ausgebildet ist.
Verfahren zur Befestigung eines Gleitlagerelements für einen rollenförmigen Wälzkörper in einer Ausnehmung eines Kolbens einer Verdrängermaschine, die eine um eine Drehachse angeordneten Zylindertrommel aufweist, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines rollenförmigen Wälzkörpers an einer huberzeugenden Laufbahn abgestützt sind, wobei der rollenförmige Wälzkörper in der Ausnehmung, insbesondere einer bohrungsförmigen Ausnehmung, des Kolbens mittels eines in der Ausnehmung befestigten Gleitlagerelements gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlagerelement (20) als Grundkörper mit einem Übermaß in der Ausnehmung (16) des Kolbens (4) stoffschlüssig verbunden wird und anschließend auf einen Lagerdurchmesser bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur stoffschlüssigen Verbindung des Grundkörpers ein thermisches Fügeverfahren, insbesondere Schweißen oder Löten, oder ein chemisches Fügeverfahren, insbesondere Kleben, oder ein metallurgisches Fügeverfahren, insbesondere Aufgießen, verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gleitlagerelement (20) im äußeren Umschlingungsbereich jeweils eine Hinterschneidung (H) zur Halterung des Wälzkörpers (W) bearbeitet wird.