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WO2010115401A1 - Hydraulische axialkolbenmaschine mit einer anschlussplatte - Google Patents

Hydraulische axialkolbenmaschine mit einer anschlussplatte Download PDF

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WO2010115401A1
WO2010115401A1 PCT/DE2010/000356 DE2010000356W WO2010115401A1 WO 2010115401 A1 WO2010115401 A1 WO 2010115401A1 DE 2010000356 W DE2010000356 W DE 2010000356W WO 2010115401 A1 WO2010115401 A1 WO 2010115401A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pressure chamber
piston machine
connection plate
axial piston
base material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2010/000356
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Beck
Christian Spielvogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2010115401A1 publication Critical patent/WO2010115401A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03C1/061—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
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    • F04B53/007—Cylinder heads

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic axial piston machine which can be designed as a hydraulic pump or as a hydraulic motor and which has a connection plate which has a high-pressure chamber and a low-pressure chamber and are provided in the openings, via which the high-pressure chamber and the low-pressure chamber with by the stroke of axial piston can be fluidly connected in their volume variable work spaces.
  • connection plate is cut from a previously manufactured extruded profile to connection plate blanks and then further processed.
  • the strand blank is made of aluminum, iron or copper or of an alloy with at least one of these metals. It is known that aluminum and / or copper alloys have only a reduced compressive strength compared to iron and steel alloys, so that connection plates made of aluminum or copper or their alloys are only suitable for axial piston machines with limited fluid pressure.
  • the known terminal plate has the disadvantage that it is produced by a relatively expensive process, since only the outer profile is given by the continuous casting, while the inner structure of the connection plate with high and low pressure chamber and corresponding openings to those in a drum with rotating axial piston is relatively expensive to produce machining operations. Due to the high strength, which can be achieved with cast iron, and due to the possibility at the same time to produce the relatively complex internal structure of the connection plate in mass production during casting, with only sealing grooves and bearing shell seats are machined machined, the use of cast iron despite his high weight enforced for such axial piston machines in the prior art and in mass production.
  • the object of the invention is to make a hydraulic axial piston machine with the features of the preamble of claim 1 so that they can be operated at high pressures and still offers advantages in terms of weight and cost over known axial piston machines.
  • an axial piston machine with a connecting plate which has a high-pressure chamber and a low-pressure chamber in which openings are provided, via which the high-pressure chamber and the low-pressure chamber can be fluidically connected to working chambers that can be varied by the stroke of axial pistons, and which are used for material Reinforcing at least one fitted reinforcing element whose material has a higher strength than a base material.
  • Such axial piston machine with a connection plate of a base material with a lower strength than the reinforcing elements has the advantage that preferably aluminum die-cast alloys are now available for significantly higher nominal can be used as previously possible in the prior art.
  • such an axial piston machine has the advantage that at least the connection plate can be manufactured in sufficiently high quantities and machined reworking kept within limits, since it is possible through the aluminum die-casting to achieve an inexpensive mass production of the complex structure of the connection plate with considerable weight advantages ,
  • the limits in the use of aluminum die cast alloys and other materials that do not reach the high strength values of cast iron materials as base material for an axial piston machine, can now be overcome because of the reinforcing element according to the invention.
  • the reinforcing element is integrated in critical tensile load areas of the connection plate, so that the connection plate can withstand significantly higher loads for the surfaces subjected to the fluid pressure.
  • any possibility of increasing the strength in the pressure-loaded areas without changing the base material itself increases the application possibilities for such aluminum die-cast alloys or similar materials, in particular for the connecting plates of axial piston machines.
  • the strength is increased by bracing the component, in particular the connection plate, by one or more rings in the critical zones of the connection plate.
  • This ring or these rings induce compressive stresses in the particularly critical areas of the openings of the connection plate to the working spaces, especially since these openings are preferably formed kidney-shaped.
  • the bias in such reinforcing rings by pressing and / or by shrinking be achieved.
  • a supporting effect can be achieved by an outer ring, but the same is possible with an inner ring which induces stresses radially outward.
  • the inner ring and a bearing ring of the rolling bearing of the input or output shaft of the machine can be used.
  • the fitted reinforcing element is one of the openings of high and low
  • I pressure space comprehensive reinforcing ring which is shrunk into an outer annular groove of the connection plate radially outside the range of openings of high and low pressure space and exerts compressive stresses on the base material with its radially inner annular surface.
  • an outer annular groove is machined radially outside the openings only in a blank of a die-cast connection plate made of an aluminum or other alloys, and then the reinforcing ring is shrunk into the annular groove.
  • the radially inner annular surface of the reinforcing ring exerts compressive stresses on the base material and counteract tensile stresses due to the pressure in the region of the opening to the high pressure space of the connection plate.
  • the fitted reinforcing element is a reinforcing ring supporting the high and low pressure spaces inside, which is pressed into the connecting plate radially inside the openings and with its radially outer annular surface stresses on the base material in the direction of radially outwardly disposed openings exerts.
  • the tolerances for the reinforcing ring is selected so that when pressed in, the radially outer annular surface of the reinforcing ring exerts pressure on the base material in the direction of the region of the openings of the connection plate.
  • the reinforcing ring radially within the openings is an outer bearing ring of a rolling bearing of the axial piston machine which supports the shaft.
  • this roller bearing is fixed in the connection plate, wherein the outer bearing ring with its radially outer annular surface stresses on the base material of the connection plate radially outwardly exerts.
  • only the tolerances between the radially outer annular surface of the outer bearing ring and the central recess in the connection plate, which receives the rolling bearing must be chosen so that a press-fit and thus a press fit of the bearing ring is ensured in the connection plate.
  • connection plate preferably have a kidney shape and are therefore particularly at risk under high pressurization / a connecting plate of die-cast aluminum alloy.
  • the reinforcing rings provided in accordance with the invention can be adapted in an almost ideal manner to such lower-shaped openings in the connecting plate.
  • the fitted reinforcing element is a lining of the high-pressure chamber with the associated opening of the connection plate.
  • the lining of the high-pressure space made of a material having a higher strength than the surrounding base material, the disadvantage of the reduced strength of the base material can be compensated because the lining of the high pressure absorbs applied tensile stresses to a high degree.
  • Such a lining can be prefabricated as a component and arranged as a core in the die casting process in the die casting mold, so that an intimate cohesive connection between the base material and the lining material is created.
  • the prefabricated lining can also be integrated into the high-pressure chamber by gluing, soldering or welding. Further, it is possible to be deposited by appropriate PVD or CVD (physical or chemical vapor deposition) method on the base material in the region of the high-pressure chamber and the opening to the high-pressure chamber.
  • an alloy steel such as a chromium-nickel steel alloy or a spring steel alloy is preferably provided.
  • special aluminum bronze alloys of high strength can be used here as the material of the fitted reinforcing element. It is possible to provide the axial piston machine as hydromechani- see pump and / or as hydromechani Intelligent engine.
  • Another practical idea is to encase the steel part (melting point about 1100 0 C) which forms the reinforcing element with the aluminum plate (melting point about 550 0 C);
  • FIG. 1 shows a plan view of the inside of a connection plate of an axial piston machine according to a first
  • FIG. 3 is a plan view of the inside of a connection plate of an axial piston machine according to a second embodiment
  • FIG. 5 shows a plan view of the inside of a connecting plate of an axial piston machine according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a section along the line VI-VI from FIG. 5,
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a swash plate axial piston pump with a connection plate similar to that of Figures 3 and 4 and
  • FIG. 8 shows a plan view of the outside of the connection plate from FIG. 7.
  • the axial piston machine 4, according to the figures 7 and 8 is a swash plate machine and has a cup-shaped housing 25, on whose bottom portion 29 a swash plate 11 is pivotally mounted.
  • An opening 30 of the housing * is sealed off by a connection plate 7, wherein the connection plate 7 has a high pressure chamber 9 and a low pressure chamber 10 has and a first rolling bearing 21 a drive shaft 24 carries.
  • a second roller bearing 26 is arranged in the Bqden Siemens 29 of the housing 25.
  • On the drive shaft 24 of a hydraulic pump or output shaft of a hydraulic motor rotatably a drum 8 is arranged, which rotates with respect to the connecting plate 7 with the shaft 24.
  • cylindrical bores 31 are provided, in which axial piston 5, which are supported on the swash plate 11, exert strokes and thereby a fluid on a not-apparent kidney-shaped breakthrough in a control disk 12 and one apparent in Figures 1 to 6 Press opening 27 of the connection plate 7 in the high-pressure chamber 9 and suck from the low-pressure chamber 10 via an apparent in Figures 1 to 6 opening 28 in the connection plate 7 and a likewise not further apparent further kidney-shaped opening in the control disk 12. If such an axial piston machine is operated as a pump, pressure medium is sucked in via the low-pressure space and displaced into the high-pressure space. When operating as
  • the Machine can also be designed so that, depending on the mode of operation, one pressure chamber is the high-pressure chamber and the other pressure chamber is the low-pressure chamber.
  • Such axial piston machines which are also referred to as axial piston machines, can be operated at high pressure of a few 100 bar or a few 10 MPa (megapascal), depending on the strength of the base material 16 of the relatively planar connection plate 7 on the pressure side in the high-pressure space 9.
  • Axial piston machines with axial piston and connection plate therefore usually have a connection plate made of cast iron on.
  • connection plates made of a cast iron material in mass production can reach a nominal pressure well above 200 bar or well above 20 MPa.
  • Axial piston machines with parts, for example, a connection plate made of an aluminum die cast alloy, however, which would give a significant weight and cost advantage over cast iron material, are usually only at a nominal pressure below 200 bar or below 20 MPa used.
  • connection plate of an axial piston machine is now predominantly made of a base material whose strength does not match that of cast iron, and reinforced in areas susceptible to breakage or cracking.
  • connection plate 7 according to Figures 1 and 2 is placed according to the overall section of Figure 7 on a cup-shaped housing 25 of an axial piston machine.
  • the connection plate 7 has a flange 36 with bores 37, 38, 39 and 40 and an annular sealing groove 41, which seals the connection plate 7 with respect to the housing 25 shown in FIG. 7 in a pressure-tight manner.
  • the transition between the working chambers delimited by the axial pistons arranged in the drum and the kidney-shaped openings in the control disk to the high-pressure chamber 9 forms a kidney-shaped opening 27 and to the low-pressure chamber 10 a kidney-shaped opening 28 of the connecting plate 7.
  • the base material 16 of the connecting plate 7 is highly loaded, so that connecting plates made of die-cast aluminum or cast aluminum or copper alloy as described above, which could bring significant weight savings, only one print of less than 200 bar or 20 MPa can withstand.
  • connection plate 7 shown in Figures 1 and 2 on its underside 35 by corresponding reinforcing elements reinforced material whose strength is well above the strength of the base material 16, which is for example aluminum die-cast.
  • a first reinforcing element forms a reinforcing ring 13, which is inserted into an annular groove 14 which rotates outside the kidney-shaped openings 27 and 28.
  • the reinforcing ring 13 is clamped with its inner annular surface 15 relative to the base material 16 such that it exerts compressive stresses on the base material 16, which compensate for the tensile stresses in the region of the opening 27 to the high-pressure chamber 9.
  • a second reinforcing element is also used, which forms a reinforcing ring 17 which is inserted into a central recess 18 radially within the kidney-shaped openings 27 and 28 and with its outer annular surface 19 a pressure on the base material 16 in the region of Openings 27 and 28 exercises.
  • the connection plate 7 withstands a significantly higher pressure than it would if it were made entirely of aluminum die-cast or extruded aluminum, for example.
  • a reinforcing ring 13 and / or a reinforcing ring 17 ensures that, despite the use of base material 16 of conventional and known die-cast or extruded aluminum or copper alloys, it is possible to operate an axial piston machine at very high pressure.
  • a die-casting process a plurality of terminal plates 7 can be manufactured,. which make only a small post-processing required, such as the smoothing or introduction of the annular grooves and a smoothing of the bottom 35 and the top 42 of the terminal plate. 7
  • an outer bearing ring 20 of a roller bearing 21 already described in connection with the figure 7 is formed as a reinforcing ring radially inside the kidney-shaped openings 27 and 28, so that no corresponding special reinforcing ring is to be prepared. Rather, the rolling bearing 21 arranged in a plurality of axial piston machines in the connection plate 7 is used to introduce a tension into the base material 16 in the direction of the opening 27 to the high-pressure chamber 9 with the aid of the pressed-in outer bearing ring 20.
  • the base material 16 is further reinforced as in the embodiment of Figures 1 and 2 of a reinforcing ring 13 in a radially outwardly of the openings 27 and 28 encircling annular groove 14 with the inner annular surface 15 compressive stresses on the areas of the openings for high and Low pressure space 9 and 10 exercises.
  • the embodiment according to Figures 5 and 6 differs from the preceding in that in the high-pressure chamber
  • connection plate 7 in the region of the opening 27 of the connection plate 7 a lining 22 is used whose material has a higher strength than the base material 16 of the connection plate 7. It should be noted that in the connection plate according to FIGS. 5 and 6 also in the connection plates according to the other embodiments of the high pressure chamber 9, the high pressure port and the high pressure chamber
  • the liner 22 allows for significantly higher pressure than, for example, a mere aluminum die-cast plate allows.
  • the lining 22 can be prefabricated and used as a core element, similar to a mold, in die casting, so that an intensive cohesive connection is created during the die-casting process between the lining 22 and the base material 16.
  • this lining it is also possible to introduce this lining by means of coating processes in the pressurized area of the high-pressure chamber 9 and the opening 27.
  • the prefabricated lining 22 can also be glued, soldered or diffusion soldered into a connecting plate 7 formed by die casting.
  • both pressure chambers are provided with a lining 22.
  • the pressure chambers are then usually the same size. You can then design so that the same liner can be used for both pressure chambers.
  • the material of the embedded reinforcing elements 13, 17 and 22 is preferably a stainless steel alloy, in particular a chromium-nickel steel alloy. It can be a spring steel alloy in general. It is conceivable as a material and a Aluminiumbronzeleg réelle.
  • the outer bearing ring of a roller bearing is used as the one reinforcing ring, then this is usually already made of a material, for example of a stainless steel, which is capable of reinforcing the connection plate.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Anschlussplatte. Die Axialkolben üben Hubbewegungen gegenüber der gehäusefesten Anschlussplatte in einer sich gegenüber der Anschlussplatte drehenden Trommel aus. Die Anschlussplatte weist einen Hochdruckraum und einen Niederdruckraum auf. Über Öffnungen in der Anschlussplatte stehen der Hochdruckraum und der Niederdruckraum mit von den Axialkolben variabel begrenzten Arbeitsräumen in Verbindung. Die Anschlussplatte weist zur Materialverstärkung mindestens ein eingepasstes Verstärkungselement auf, dessen Material eine höhere Festigkeit als ein Grundmaterial der Anschlussplatte hat.

Description

Be s ehr e ibung
Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer Anschlussplatte
Die Erfindung betrifft eine Hydraulische Axialkolbenmaschine, die als Hydropumpe oder als Hydromotor ausgebildet- sein kann und die eine Anschlussplatte aufweist, die einen Hochdruckraum und einen Niederdruckraum aufweist und in der Öffnungen vorgesehen sind, über die der Hochdruckraum und der Niederdruckraum mit durch den Hub von Axialkolben in ihrem Volumen veränderbaren Arbeitsräumen fluidisch verbindbar sind.
Eine derartige Axialkolbenmaschine mit Anschlussplatte und Axialkolben ist aus der Druckschrift DE 103 49 318 Al bekannt, wobei die Anschlussplatte aus einem zuvor hergestellten Strangprofil zu Anschlussplattenrohlingen abgelängt und dann weiter bearbeitet ist. Der Strangrohling ist aus Aluminium, Eisen oder Kupfer hergestellt oder aus einer Legierung mit zumindest einem dieser Metalle. Dabei ist es bekannt, dass Aluminium und/oder Kupferlegierungen im Vergleich zu Eisen und Stahllegierungen nur eine verringerte Druckfestigkeit aufweisen, so dass Anschlussplatten aus Aluminium oder Kupfer oder deren Legierungen nur für Axialkolbenmaschinen mit begrenztem Fluiddruck geeignet sind.
Darüber hinaus hat die bekannte Anschlussplatte den Nachteil, dass sie mit einem relativ teuren Verfahren hergestellt wird, da lediglich das äußere Profil durch den Strangguss vorgegeben wird, während die innere Struktur der Anschlussplatte mit Hoch- und Niederdruckraum und entsprechenden Öffnungen zu den in einer Trommel mit rotierenden Axialkolben mit relativ kostenintensiven spanabhebenden Bearbeitungen herzustellen ist. Aufgrund der hohen Festigkeit, die mit Gusseisen erreicht werden kann, und aufgrund der Möglichkeit gleichzeitig die relativ komplexe Innenstruktur der Anschlussplatte in Massenproduktion beim Gießen herstellen zu können, wobei lediglich Dichtnuten sowie Lagerschalensitze spanabhebend nachzubear- beiten sind, hat sich die Verwendung von Gusseisen trotz seines hohen Gewichts für derartige Axialkolbenmaschinen im Stand der Technik und in der Massenfertigung durchgesetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so zu gestalten, dass sie mit hohen Drücken betrieben werden kann und trotzdem hinsichtlich Gewicht und Kosten Vorteile gegenüber bekannten Axialkolbenmaschinen bietet.
Diese Aufgabe wird mit einer Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird eine Axialkolbenmaschine mit einer Anschlussplatte geschaffen, die einen Hochdruckraum und einen Niederdruckraum aufweist, in der Öffnungen vorgesehen sind, über die der Hochdruckraum und der Niederdruckraum mit durch den Hub von Axialkolben in ihrem Volumen veränderbaren Arbeitsräumen fluidisch verbindbar sind, und die zur Material- Verstärkung mindestens ein eingepasstes Verstärkungselement aufweist, dessen Material eine höhere Festigkeit als ein Grundmaterial hat.
Eine derartige Axialkolbenmaschine mit einer Anschlussplatte aus einem Grundwerkstoff mit einer geringeren Festigkeit als die Verstärkungselemente hat den Vorteil, dass vorzugsweise Aluminiumdruckgusslegierungen nun für deutlich höhere Nenn- drücke einsetzbar sind als bisher im Stand der Technik möglich. Darüber hinaus hat eine derartige Axialkolbenmaschine den Vorteil, dass mindestens die Anschlussplatte in ausreichend hohen Stückzahlen gefertigt werden kann und spanabhebende Nachbearbeitungen in Grenzen gehalten bleiben, da es durch den Aluminiumdruckguss möglich ist, eine preiswerte Massenproduktion der komplexern Struktur der Anschlussplatte bei gleichzeitig erheblichen Gewichtsvorteilen zu erreichen.
Die Grenzen bei dem Einsatz von Aluminiumdruckgusslegierungen und anderer Werkstoffe, die als Grundmaterial für eine Axial- kolbenmaschine nicht die hohen Festigkeitswerte von Gusseisenmaterialien erreichen, können aufgrund des erfindungsgemäßen Verstärkungselements nun überwunden werden. Das Verstärkungselement ist in kritischen zugbelasteten Bereichen der Anschlussplatte integriert, so dass die Anschlussplatte deutlich höheren Belastungen für die mit dem Fluiddruck beaufschlagten Flächen standhält. Außerdem vergrößert jede Möglichkeit, die Festigkeit in den druckbelasteten Bereichen zu erhöhen, ohne den Grundwerkstoff selbst zu wechseln, die Anwendungsmöglichkeiten für derartige Aluminiumdruckgusslegierungen oder für ähnliche Werkstoffe, insbesondere für die Anschlussplatten von Axialkolbenmaschinen.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird durch Verspannen des Bauteils, insbesondere der Anschlussplatte, durch einen oder mehrere Ringe in den kritischen Zonen der Anschlussplatte die Festigkeit erhöht. Dieser Ring bzw. diese Ringe induzieren Druckspannungen in den besonders kritischen Bereichen der Öffnungen der Anschlussplatte zu den Arbeitsräumen, zumal diese Öffnungen vorzugsweise nierenförmig ausgebildet sind. Dabei kann die Vorspannung bei derartigen Verstärkungsringen durch Aufpressen und/oder durch Aufschrumpfen erreicht werden. Radial nach innen wirkend kann durch einen äußeren Ring eine Stützwirkung erreicht werden, aber gleiches ist auch mit einem inneren Ring möglich, der Spannungen radial» nach außen induziert. Anstelle des inneren Ringes kann auch ein Lagerring des Wälzlagers der An- oder Abtriebswelle der Maschine eingesetzt werden. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden die für die Bauteilfertigung kritischen Zugspannungen im Verhältnis zu den herkömmlichen Konstruktionen deutlich reduziert.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das eingepasste Verstärkungselement ein die Öffnungen von Hoch- und Nieder-
I druckraum umfassender Verstärkungsring, der in eine äußere Ringnut der Anschlussplatte radial außerhalb des Bereichs der Öffnungen von Hoch- und Niederdruckraum eingeschrumpft ist und mit seiner radial inneren Ringfläche Druckspannungen auf das Grundmaterial ausübt. Dazu wird lediglich in einen Rohling einer Druckgussanschlussplatte aus einer Aluminium- oder anderen Legierungen spanabhebend eine äußere Ringnut radial außerhalb der Öffnungen eingearbeitet und anschließend der Verstärkungsring in die Ringnut eingeschrumpft. Dadurch übt die radial innere Ringfläche des Verstärkungsrings Druckspannungen auf das Grundmaterial aus und wirkt Zugspannungen aufgrund des Druckes im Bereich der Öffnung zu dem Hochdruckraum der Anschlussplatte entgegen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das eingepasste Verstärkungselement ein den Hoch- und den Niederdruckraum von innen stützender Verstärkungsring ist, der in die Anschlussplatte radial innerhalb der Öffnungen eingepresst ist und mit seiner radial äußeren Ringfläche Spannungen auf das Grundmaterial in Richtung der radial außen angeordneten Öffnungen ausübt. Dazu werden die Toleranzen für den Verstärkungsring so gewählt, dass bei seinem Einpressen die radial äußere Ringfläche des Verstärkungsrings Druck auf das Grundmaterial in Richtung auf den Bereich der Öffnungen der Anschlussplatte ausübt.
Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Verstärkungsring radial innerhalb der Öffnungen ein äußerer Lagerring eines die Welle lagernden Wälzlagers der Axialkolbenmaschine ist. Dabei ist dieses Wälzlager in der Anschlussplatte fixiert, wobei der äußere Lagerring mit seiner radial äußeren Ringfläche Spannungen auf das Grundmaterial der Anschlussplatte radial nach außen ausübt. In diesem Fall müssen lediglich die Toleranzen zwischen der radial äußeren Ringfläche des äußeren Lagerrings und der zentralen Aussparung in der Anschlussplatte, die das Wälzlager aufnimmt, so gewählt werden, dass ein Einpressen und damit ein Presssitz des Lagerrings in der Anschlussplatte gewährleistet ist .
Vorzugsweise weisen die Öffnungen in der Anschlussplatte eine Nierenform auf und sind damit bei hoher Druckbeaufschlagung / einer Anschlussplatte aus Aluminiumdruckgusslegierung besonders gefährdet. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Verstärkungsringe können in geradezu idealer Weise an derartige nie- renförmige Öffnungen in der Anschlussplatte angepasst sein.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das eingepasste Verstärkungselement eine Auskleidung des Hochdruckraums mit der zugehörigen Öffnung der Anschlussplatte ist. In dieser Ausführungsform kann durch die Auskleidung des Hochdruckraums aus einem Material, das eine höhere Festigkeit als das umgebende Grundmaterial aufweist, der Nachteil der verminderten Festigkeit des Grundmaterials kompensiert werden, da die Auskleidung die von dem Hochdruck ausgeübten Zugspannungen in hohem Maße aufnimmt. Eine derartige Auskleidung kann als Bauteil vorgefertigt und als Kernstück beim Druckgussverfahren in der Druckgussform angeordnet werden, so dass eine innige Stoffschlüssige Verbindung zwischen Grundmaterial und Auskleidungsmaterial entsteht. Die vorgefertigte Auskleidung kann auch in den Hochdruckraum durch Kleben, Löten oder Schweißen integriert werden. Ferner ist es möglich, durch entsprechende PVD oder CVD-Verfahren (physical oder chemical vapour deposition) auf das Grundmaterial im Bereich des Hochdruckraums und der Öffnung zu dem Hochdruckraum abgeschieden werden.
Neben dem bereits oben mehrfach erwähnten Grundmaterial einer Aluminiumlegierung bzw. einer Aluminiumdruckgusslegierung ist es auch möglich, Kupferlegierungen sowie Aluminiumbronzele- „gierungen als Grundmaterial einzusetzen. Für das Material des eingepassten Verstärkungselements sind vorzugsweise eine E- delstahllegierung wie eine Chrom-Nickel-Stahllegierung oder eine Federstahllegierung vorgesehen. Auch können hier als Material des eingepassten Verstärkungselements spezielle Aluminiumbronzelegierungen hoher Festigkeit eingesetzt werden. Dabei ist es möglich, die Axialkolbenmaschine als hydromechani- sehe Pumpe und/oder als hydromechanisehen Motor vorzusehen.
Ein weiterer praktischer Gedanke ist, das Stahlteil (Schmelzpunkt ca. 1100 0C) das das Verstärkungselement bildet, mit der Aluminiumplatte (Schmelzpunkt ca. 550 0C) zu umgießen;
Mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine bzw. Anschlussplatten solcher Axialkolbenma- schinen sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Draufsicht auf die Innenseite einer Anschluss- platte einer Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II aus Figur 1,
Figur 3 eine Draufsicht auf die Innenseite einer Anschlussplatte einer Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus Figur 3,
Figur 5 eine Draufsicht auf die Innenseite einer Anschluss- platte einer Axialkolbenmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
Figur 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI aus Figur 5,
Figur 7 einen Längsschnitt durch eine Schrägscheibenaxial- kolbenpumpe mit einer Anschlussplatte ähnlich derjenigen aus den Figuren 3 und 4 und
Figur 8 eine Draufsicht auf die Außenseite der Anschluss- platte aus Figur 7.
Die Axialkolbenmaschine 4, nach den Figuren 7 und 8 ist eine Schrägscheibenmaschine und weist ein topfförmiges Gehäuse 25 auf, an dessen Bodenbereich 29 eine Schrägscheibe 11 schwenkbar gelagert ist. Eine Öffnung 30 des Gehäuses* wird von einer Anschlussplatte 7 dicht abgeschlossen, wobei die Anschlussplatte 7 einen Hochdruckraum 9 und einen Niederdruckraum 10 aufweist und ein erstes Wälzlager 21 einer Antriebswelle 24 trägt. Ein zweites Wälzlager 26 ist im Bqdenbereich 29 des Gehäuses 25 angeordnet. Auf der Antriebswelle 24 einer Hydro- pumpe bzw. Abtriebswelle eines Hydromotors ist drehfest eine Trommel 8 angeordnet, die gegenüber der Anschlussplatte 7 mit der Welle 24 rotiert.
In der Trommel 8 sind zylindrische Bohrungen 31 vorhanden, in denen Axialkolben 5, die sich an der Schrägscheibe 11 abstützen, Hubbewegungen ausüben und dabei ein Fluid über einen nicht näher ersichtlichen nierenförmigen Durchbruch in einer Steuerscheibe 12 und über eine in den Figuren 1 bis 6 ersichtliche Öffnung 27 der Anschlussplatte 7 in den Hochdruckraum 9 pressen und aus dem Niederdruckraum 10 über eine in den Figuren 1 bis 6 ersichtliche Öffnung 28 in der Anschlussplatte 7 und über einen ebenfalls nicht näher ersichtlichen weiteren nierenförmigen Durchbruch in der Steuerscheibe 12 ansaugen. Wird eine solche Axialkolbenmaschine als Pumpe betrieben, so wird Druckmittel über den Niederdruckraum angesaugt und in den Hochdruckraum verdrängt . Beim Betrieb als
I
Motor fließt der Maschine über den Hochdruckraum Druckmittel zu, um über den Niederdruckraum abzuströmen. Die Maschine kann auch so ausgebildet sein, dass je nach Betriebsweise der eine Druckraum der Hochdruckraum und der jeweils andere Druckraum der Niederdruckraum ist .
Derartige Axialkolbenmaschinen, die auch Axialkolbenmaschinen genannt werden, können abhängig von der Festigkeit des Grundmaterials 16 der relativ planaren Anschlussplatte 7 auf der Druckseite in dem Hochdruckraum 9 mit Hochdruck von einigen 100 bar bzw. einigen 10 MPa (Megapascal) betrieben werden. Axialkolbenmaschinen mit Axialkolben und Anschlussplatte weisen deshalb üblicherweise eine Anschlussplatte aus Gusseisen auf. In der Regel können Anschlussplatten aus einem Gusseisenmaterial in der Massenfertigung einen Nenndruck weit über 200 bar bzw. weit über 20 MPa erreichen. Axialkolbenmaschinen mit Teilen, zum Beispiel einer Anschlussplatte aus einer Aluminiumdruckgusslegierung hingegen, die gegenüber Gusseisenmaterial einen deutlichen Gewichts- und Kostenvorteil ergeben würde, sind in der Regel nur bei einem Nenndruck unter 200 bar bzw. unter 20 MPa einsetzbar.
Erfindungsgemäß ist nun die Anschlussplatte einer Axialkolbenmaschine überwiegend aus einem Grundmaterial hergestellt, dessen Festigkeit nicht an die von Gusseisen heranreicht, und in Bruch- oder rissgefährdeten Bereichen verstärkt.
Die Anschlussplatte 7 nach den Figuren 1 und 2 wird entsprechend dem Gesamtschnitt der Figur 7 auf ein topfförmiges Gehäuse 25 einer Axialkolbenmaschine aufgesetzt. Dazu weist die Anschlussplatte 7 einen Flansch 36 mit Bohrungen 37, 38, 39 und 40 und eine ringförmige Dichtungsnut 41 auf, welche mit einem Dichtring versehen die Anschlussplatte 7 gegenüber dem in Figur 7 gezeigten Gehäuse 25 druckfest abdichtet.
Den Übergang zwischen den von den in der Trommel angeordneten Axialkolben abgegrenzten Arbeitsräumen bzw. den nierenförmi- gen Durchbrüchen in der Steuerscheibe zu dem Hochdruckraum 9 bildet eine nierenförmige Öffnung 27 und zu dem Niederdruckraum 10 eine nierenförmige Öffnung 28 der Anschlussplatte 7. In diesen Bereichen, insbesondere im Bereich der Öffnung 27 zu dem Hochdruckraum 9, wird das Grundmaterial 16 der Anschlussplatte.7 hoch belastet, so dass Anschlussplatten bloß aus Aluminiumdruckguss oder wie oben beschrieben aus Strang- guss einer Aluminium- oder Kupferlegierung, die eine deutliche Gewichtsersparnis bringen könnten, lediglich einem Druck von kleiner 200 bar bzw. 20 MPa standhalten können. Um nun trotz des Einsatzes eines relativ leichten und einfach in die entsprechende Form zu bringenden Werkstoffs, insbesondere von Aluminiumdruckguss, die Axialkolbenmaschine bei hohen Drücken betreiben zu können, ist die in den Figur 1 und 2 gezeigte Anschlussplatte 7 auf ihrer Unterseite 35 durch entsprechende Verstärkungselemente aus einem Material verstärkt, dessen Festigkeit deutlich über der Festigkeit des Grundmaterials 16 liegt, das zum Beispiel Aluminiumdruckguss ist.
Diese Verstärkungselemente sind möglichst in den Bereichen der höchsten Zug- oder Druckbelastung der Anschlussplatte 7 auf der Unterseite 35 der Anschlussplatte 7 vorgesehen. In dieser ersten Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1 bildet ein erstes Verstärkungselement einen Verstärkungsring 13, der in eine Ringnut 14 eingesetzt ist, die außerhalb der nierenförmigen Öffnungen 27 und 28 umläuft. Der Verstärkungsring 13 ist mit seiner inneren Ringfläche 15 gegenüber dem Grundmaterial 16 derart verspannt ist, dass er Druckspannungen auf das Grundmaterial 16 ausübt, welche die Zugspannungen im Bereich der Öffnung 27 zum Hochdruckraum 9 kompensieren.
In dieser Ausführungsform der Erfindung ist darüber hinaus ein zweites Verstärkungselement eingesetzt, das einen Verstärkungsring 17 bildet, der in eine zentrale Ausnehmung 18 radial innerhalb der nierenförmigen Öffnungen 27 und 28 eingesetzt ist und mit seiner äußeren Ringfläche 19 einen Druck auf das Grundmaterial 16 im Bereich der Öffnungen 27 und 28 ausübt. Mit diesen Verstärkungsringen 13 und 17 hält die Anschlussplatte 7 einem deutlich höheren Druck stand, als sie es tun würde, wenn sie vollständig beispielsweise aus Alumi- niumdruckguss oder Aluminiumstrangguss bestehen würde. Durch einen Verstärkungsring 13 und/oder eines Verstärkungs- ring 17 wird gewährleistet, dass trotz Verwendung von Grundmaterial 16 aus herkömmlichen und bekannten druckgegossenen oder stranggepressten Aluminium- oder Kupferlegierungen ein Betreib einer Axialkolbenmaschine bei sehr hohem Druck möglich ist. Durch den Einsatz eines Druckgussverfahrens kann eine Vielzahl von Anschlussplatten 7 gefertigt werden, . die lediglich eine geringe Nachbearbeitung erforderlich machen, wie das Glätten oder Einbringen der Ringnuten sowie ein Glätten der Unterseite 35 und der Oberseite 42 der Anschlussplatte 7.
Beim Ausführungsbeispiel nach den Figuren 3 und 4 sind Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden teilweise nicht extra erörtert. In dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung wird als Verstärkungsring radial innerhalb der nierenförmigen Öffnungen 27 und 28 ein äußerer Lagerring 20 eines schon im Zusammenhang mit der Figur 7 beschriebenes Wälzlagers 21 gebildet, so dass kein entsprechender spezieller Verstärkungsring vorzubereiten ist. Es wird vielmehr das bei einer Vielzahl von Axialkolbenmaschinen in der Anschlussplatte 7 angeordnete Wälzlager 21 benutzt, um mit Hilfe des eingepressten äußeren Lagerrings 20 eine Spannung in das Grundmaterial 16 in Richtung auf die Öffnung 27 zum Hochdruckraum 9 einzubringen.
Das Grundmaterial 16 wird des weiteren wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 von einem Verstärkungsring 13 in einer radial außerhalb der Öffnungen 27 und 28 umlaufenden Ringnut 14 verstärkt, der mit der inneren Ringfläche 15 Druckspannungen auf die Bereiche der Öffnungen zum Hoch- und Niederdruckraum 9 und 10 ausübt. Die Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 unterscheidet sich von den vorhergehenden darin, dass in den Hochdruckraum
9 der Anschlussplatte 7 und im Bereich der Öffnung 27 der Anschlussplatte 7 eine Auskleidung 22 eingesetzt ist, deren Material eine höhere Festigkeit -aufweist als das Grundmaterial 16 der Anschlussplatte 7. Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Anschlussplatte nach den Figuren 5 und 6 wie auch bei den Anschlussplatten nach den anderen Ausführungsbeispielen der Hochdruckraum 9 den Hochdruckanschluss und der Hochdruckraum
10 den Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine bildet. Dies wird insbesondere dadurch deutlich, dass der Durchfluss- querschnitt im Niederdruckraum 10 wesentlich größer als der Durchflussquerschnitt im Hochdruckraum 9 ist.
Die Auskleidung 22 ermöglicht einen deutlich höheren Druck als es beispielsweise eine bloße Aluminiumdruckgussplatte zu- lässt. Die Auskleidung 22 kann vorgefertigt und als Kernelement, ähnlich einer Kokille, beim Druckguss eingesetzt werden, so dass eine intensive stoffschlüssige Verbindung während des DruckgussVorgangs zwischen Auskleidung 22 und dem Grundmaterial 16 entsteht. Andererseits ist es auch möglich, diese Auskleidung mittels Beschichtungsverfahren in dem druckbeaufschlagten Bereich des Hochdruckraums 9 und der Öffnung 27 einzubringen. Schließlich kann die vorgefertigte Auskleidung 22 auch in eine durch Druckguss gebildete Anschlussplatte 7 eingeklebt, eingelötet oder diffusionsgelötet werden.
Soll die Maschine in beide Drehrichtungen als Pumpe und/oder als Motor betrieben werden können, so werden zweckmäßigerweise beide Druckräume mit einer Auskleidung 22 versehen. Die Druckräume sind dann normalerweise gleich groß. Man kann sie dann so gestalten, die dieselbe Auskleidung für beide Druckräume verwendet werden kann.
Das Material der eingebetteten Verstärkungselemente 13 , 17 und 22 ist vorzugsweise eine Edelstahllegierung, insbesondere eine Chrom-Nickel-Stahllegierung. Es kann ganz allgemein eine Federstahllegierung sein. Denkbar ist als Material auch eine Aluminiumbronzelegierung .
Wird als der eine Verstärkungsring der äußere Lagering eines Wälzlagers verwendet, so ist dieser üblicherweise schon aus einem Material, zum Beispiel aus einem Edelstahl gefertigt, das die Anschlussplatte zu verstärken vermag.

Claims

Patentansprüche
1. Hydraulische Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit einer Anschlussplatte (7) , die einen Hochdruckraum (9) und einen Niederdruckraum (10) aufweist und in der Öffnungen (27, 28) vorgesehen sind, über die der Hochdruckraum (9) und der Niederdruckraum (10) mit durch den Hub von Axialkolben (5) in ihrem Volumen veränderbaren Arbeitsräumen fluidisch verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet , dass die Anschlussplatte (7) zur MaterialVerstärkung mindestens ein eingepasstes Verstärkungselement (13, 17, 20, 22) aufweist, dessen Material eine höhere Festigkeit als ein Grundmaterial (16) der Anschlussplatte (7) hat.
2. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das eingepasste Verstärkungselement ein die Öffnungen (27, 28) von Hoch- und Niederdruckraum (9, 10) umfassender Verstärkungsring (13) ist, der in eine Ringnut (14) der Anschlussplatte (7) radial außerhalb des Bereichs der Öffnμngen (27, 28) von Hoch- und Niederdruckraum (9, 10) eingebettet ist und bevorzugt mit seiner radial inneren Ringfläche (15) Druckspannungen auf das Grundmaterial ausübt.
3. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das eingepasste Verstärkungselement ein den Hoch- und den Niederdruckraum stützender Verstär.kungsring (17) ist, der das Grundmaterial der Anschlussplatte (7) radial innerhalb der Öffnungen (27, 28) verstärkt und bevor- zugt mit seiner radial äußeren Ringfläche (19) Spannungen auf das Grundmaterial ausübt .
4. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsring (17) , der das Grundmaterial der Anschlussplatte radial innerhalb der Öffnungen (27, 28) verstärkt, ein äußerer Lagerring (20) eines Wälzlagers (21) ist, das in der Anschlussplatte (7) fixiert ist.
5. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (27, 28) in der Anschlussplatte (7) nierenförmig sind.
6. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eingepasste Verstärkungselement eine Auskleidung (22) des Hochdruckraums (9) einschließlich der zugehörigen Öffnung (27) der Anschlussplatte (7) ist.
7. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial (16) der Anschlussplatte (7) eine
Aluminiumlegierung ist .
8. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des eingebetteten Verstärkungselements (13, 17, 20, 22) eine Edelstahllegierung ist.
9. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des eingepassten Verstärkungselements
(13, 17, 20, 22) eine Federstahllegierung ist.
10. Hydraulische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass das Material des eingepassten Verstärkungselements
(13, 17, 20, 22) eine Aluminiumbronzelegierung ist.
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