DE102006008437A1

DE102006008437A1 - Gleitschuh für ein Taumelscheibengetriebe

Info

Publication number: DE102006008437A1
Application number: DE200610008437
Authority: DE
Inventors: Horst Steinbinder; Harry Dipl.-Ing. Pfundt; Wolfgang Dipl.-Ing. Schnapp
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2007-10-04
Also published as: WO2007096285A1

Abstract

Ein Gleitschuh (5) für ein Taumelscheibengetriebe (2) weist eine zur Kontaktierung eines Kolbens (4) des Taumelscheibengetriebes (2) vorgesehene, konvex gewölbte erste Gleitfläche (7) und eine zur Kontaktierung einer Taumelscheibe (3) vorgesehene zweite Gleitfläche (8) mit einer Schmiertasche (9) auf. Diese ist durch einen konkav gewölbten Oberflächenbereich (10), welcher kantenlos in einen konvex gewölbten, die zweite Gleitfläche (8) bildenden Oberflächenbereich (11) übergeht, gebildet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen für ein Taumelscheibengetriebe geeigneten Gleitschuh, welcher zwei Gleitflächen aufweist, nämlich eine konvex gewölbte erste Gleitfläche, die zur Kontaktierung eines Kolbens des Taumelscheibengetriebes vorgesehen ist, und eine zweite Gleitfläche, die zur Kontaktierung einer Taumelscheibe vorgesehen ist und eine Schmiertasche aufweist, welche die Aufnahme eines Schmiermittels zwischen dem Gleitschuh und der Taumelscheibe ermöglicht.
Hintergrund der Erfindung
Ein Gleitschuh der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der EP 1 148 237 A1 bekannt. Dieser Gleitschuh stellt einerseits einen Gleitkontakt mit einer sphärisch nach innen gewölbten Oberfläche eines Kolbens und andererseits einen Gleitkontakt mit einer ebenen Oberfläche einer Taumelscheibe her. Sowohl auf der dem Kolben zugewandten Seite als auch auf der der Taumelscheibe zugewandten Seite weist der Gleitschuh eine Vertiefung auf, die die Aufnahme von Schmierstoff ermöglicht. Die der Gleitscheibe zugewandte Vertiefung hat eine im Wesentlichen konische Form.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleitschuh anzugeben, welcher einen besonders verschleißarmen Betrieb eines Taumelscheibengetriebes ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gleitschuh mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Gleitschuh stellt in einem Taumelscheibengetriebe einen Gleitkontakt einerseits mit einem linear beweglichen Kolben und andererseits mit einer Taumelscheibe her. Die erste, dem Kolben zugewandte Gleitfläche des Gleitschuhs ist konvex gewölbt und weist nicht notwendigerweise eine Schmiertasche auf. In jedem Fall ist eine Schmiertasche an der der Taumelscheibe zugewandten Oberfläche des Gleitschuhs gebildet. Hierbei geht ein konkav gewölbter Oberflächenbereich kantenlos in einen konvex gewölbten, eine Gleitfläche bildenden Oberflächenbereich über. Die der Taumelscheibe zugewandte Oberfläche des Gleitschuhs ist also konvex-konkav und kantenfrei mit fließenden Übergängen zwischen dem konkaven und dem konvexen Oberflächenbereich, geformt. Der fließende Übergang zwischen der Schmiertasche und der diese umgebenden Gleitfläche ist nicht nur hinsichtlich der Schmierung des Gleitschuhs vorteilhaft, sondern sorgt auch für eine gleichmäßige Verteilung mechanischer Spannungen innerhalb des Gleitschuhs.
Der minimale Krümmungsradius der konkav bzw. konvex gewölbten, der Taumelscheibe zugewandten Oberfläche des eine linsenartige Grundform aufweisenden Gleitschuhs beträgt vorzugsweise mindestens 10%, insbesondere mindestens 20%, des Durchmessers des Gleitschuhs. Die in Axialrichtung der Taumelscheibe gemessene Dicke des Gleitschuhs beträgt vorzugsweise nicht mehr als das 5-fache, insbesondere nicht mehr als das 3-fache, des genannten minimalen Krümmungsradius.
Die dem Kolben zugewandte Gleitfläche des Gleitschuhs ist vorzugsweise durchgehend konvex gekrümmt. Der Übergang zwischen dieser ersten Gleitfläche und der zweiten, der Taumelscheibe zugewandten Gleitfläche ist abgerundet, wobei der betreffende Krümmungsradius vorzugsweise mindestens 5%, insbesondere mindestens 15%, des Durchmessers des Gleitschuhs beträgt. Mit Ausnahme der Schmiertasche ist die Oberfläche des Gleitschuhs in bevorzugter Ausgestaltung durchgehend konvex gekrümmt. Die die Taumelscheibe kontaktierende, konvex gewölbte Gleitfläche weist einen minimalen Krümmungsradius auf, der sich vom minimalen Krümmungsradius der konkav gewölbten, die Schmiertasche bildenden Oberfläche vorzugsweise um nicht mehr als den Faktor 2 unterscheidet.
Die Schmiertasche hat, wie der gesamte Gleitschuh, eine rotationssymmetrische Form. Die in Richtung der Symmetrieachse gemessene Höhe der Schmiertasche beträgt in bevorzugter Ausgestaltung nicht mehr als ¼ des Durchmessers der Schmiertasche. Des Weiteren beträgt die Höhe der Schmiertasche vorzugsweise nicht mehr als 15% der Dicke des Gleitschuhs. Die mechanische Belastbarkeit des Gleitschuhs ist damit durch die Schmiertasche praktisch nicht beeinträchtigt. Von der kreisrunden Projektionsfläche des Gleitschuhs deckt die Schmiertasche in vorteilhafter Ausgestaltung mindestens 15% und maximal 40% ab. Auf diese Weise hat die Schmiertasche eine hohe Aufnahmekapazität für ein Schmiermittel. Gleichzeitig verbleibt eine ausreichende Kontaktfläche zur Auflage auf der Taumelscheibe.
Der Gleitschuh ist als kaltumgeformtes Metallteil rationell herstellbar. Die Oberfläche des Gleitschuhs ist, insbesondere durch Schleif- und Hohnverfahren, vorzugsweise derart strukturiert, dass schmierölaufnehmende Vertiefungen gebildet sind. Eine derartige Strukturierung einer Oberfläche ist beispielsweise aus der DE 195 13 254 A1 bekannt.
Nach einer bevorzugten Weiterbildung weist der Gleitschuh eine Beschichtung auf. Hierfür geeignete Verfahren sind insbesondere Brünieren, Dünnschichtverchromen, Carbonitrieren, Nitrocarburieren, Borieren, Inchromieren und Vanadieren. In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist die Beschichtung durch kombiniertes Carbonitrieren und Nitrocarburieren hergestellt.
Für den Gleitschuh geeignete Beschichtungen, welche sowohl die Verschleißbeständigkeit verbessern als auch die Reibung mindern, stellen auch TRIONDUR-Schichtsysteme dar, welche im Vakuum nach dem PVD- und plasmaunterstützten CVD-Verfahren erzeugt werden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 im Querschnitt eine Axialkolbenpumpe mit einem Taumelscheibengetriebe, und
2 einen Gleitschuh des Taumelscheibengetriebes nach 1.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Axialkolbenpumpe 1 mit einem Taumelscheibengetriebe 2, dessen prinzipielle Funktion beispielsweise aus der EP 0 919 719 B1 bekannt ist. Das Taumelscheibengetriebe 2 umfasst eine Taumelscheibe 3, die eine Rotationsbewegung in Hubbewegungen mehrerer Kolben 4 umsetzt. Zur Kraftübertragung zwischen der Taumelscheibe 3 und den Kolben 4 sind Gleitschuhe 5 vorgesehen, die auf beiden Seiten der Taumelscheibe 3 angeordnet sind und in Vertiefungen 6 der Kolben 4 eingreifen.
Die detaillierte Form eines Gleitschuhs 5 wird im Folgenden anhand 2 erläutert. Auf der in der Darstellung oberen Seite weist der Gleitschuh 5 eine konvex gewölbte erste Gleitfläche 7 auf, die zur Kontaktierung eines Kolbens 4 vorgesehen ist. Die in der Darstellung unten angeordnete zweite Gleitfläche 8 weist eine zentrale Schmiertasche 9 auf und liegt im Taumelscheibengetriebe 2 auf der Taumelscheibe 3 auf.
Die zweite Gleitfläche 8 setzt sich zusammen aus einem konkav gewölbten Oberflächenbereich 10, welcher die Schmiertasche 9 bildet und einem hieran kantenlos anschließenden, konvex gewölbten Oberflächenbereich 11, an dem die Taumelscheibe 3 direkt zur Anlage kommt. Der minimale Krümmungsradius des konkav gewölbten Oberflächenbereichs 10 ist mit R1, der minimale Krümmungsradius des konvex gewölbten Oberflächenbereichs 11 mit R2 bezeichnet. Die in Richtung der Symmetrieachse S gemessene Dicke D des Gleitschuhs 5 beträgt nicht mehr als das Doppelte des kleineren der minimalen Krümmungsradien R1, R2. Der Durchmesser G des Gleitschuhs 5 beträgt mehr als das Doppelte der Dicke D, jedoch nicht mehr als das 4-fache des kleineren der Krümmungsradien R1, R2, wobei sich die Krümmungsradien R1, R2 höchstens um den Faktor 1,5 voneinander unterscheiden.
Die in Axialrichtung gemessene Höhe der Schmiertasche 9 ist mit H, der Durchmesser der Schmiertasche mit T bezeichnet. Der Durchmesser T der Schmiertasche 9 beträgt mindestens 1/3 des Durchmessers G des Gleitschuhs 5. Das Durchmesser-/Höhenverhältnis T/H der Schmiertasche 9 ist größer als vier.
Die zweite Gleitfläche 8 des Gleitschuhs 5 geht im Außenbereich 12 des Gleitschuhs 5 abgerundet in die erste, durchgehend konvex gewölbte Gleitfläche 7 über, wobei der minimale Krümmungsradius in diesem Übergangsbereich mit R3 bezeichnet ist. Der Krümmungsradius R3 beträgt mindestens 10% des Durchmessers G und mindestens 20% der Dicke D des Gleitschuhs 5.
Die Oberfläche des Gleitschuhs 5 weist eine Mikrostrukturierung mit einer Vielzahl sich kreuzender Riefen auf, wie sie prinzipiell aus der DE 195 13 254 A1 bekannt ist. Die Gesamtfläche der riefenartigen Vertiefungen innerhalb der Gleitflächen 7, 8 beträgt ca. 15 bis 25% der jeweiligen Gleitfläche 7, 8. Diese Oberflächengestaltung begünstigt den Aufbau eines elastohydrodynamischen Schmierfilmes (EHD-Film). Zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit ist der Gleitschuh 5 beschichtet, beispielsweise mit Mikrorissigkeit dünnschichtverchromt. Durch die Kombination der kantenlos in die Gleitfläche 8 eingefügten Schmiertasche mit einer mikrostrukturierten Beschichtung ist ein besonders günstiges tribologisches Verhalten des Gleitschuhs 5 gegeben. Im Vergleich zum Stand der Technik ist insbesondere das Einlaufverhalten des Gleitschuhs 5 verbessert. Des Weiteren ist beim Starten der Axialkolbenpumpe 1 aus dem Mischreibungsbereich ein hinsichtlich Reibung und Verschleiß verbessertes Anlaufverhalten zu verzeichnen. Die entsprechenden Vorteile sind gegeben, wenn der Gleitschuh 5 nicht in einer Axialkolbenpumpe, sondern in einer sonstigen Axialkolbenmaschine, insbesondere einem Axialkolbenkompressor, beispielsweise einem mit dem Kältemittel R134a oder mit CO₂ betriebenen Kompressor, eingesetzt wird.

1: Axialkolbenpumpe
2: Taumelscheibengetriebe
3: Taumelscheibe
4: Kolben
5: Gleitschuh
6: Vertiefung
7: erste Gleitfläche
8: zweite Gleitfläche
9: Schmiertasche
10: konkav gewölbter Oberflächenbereich
11: konvex gewölbter Oberflächenbereich
12: Außenbereich
D: Dicke des Gleitschuhs
G: Durchmesser des Gleitschuhs
H: Höhe der Schmiertasche
R1, R2, R3: Krümmungsradius
S: Symmetrieachse
T: Durchmesser der Schmiertasche

Claims

Gleitschuh (5) für ein Taumelscheibengetriebe (2), mit einer zur Kontaktierung eines Kolbens (4) des Taumelscheibengetriebes (2) vorgesehenen, konvex gewölbten ersten Gleitfläche (7) und einer zur Kontaktierung einer Taumelscheibe (3) vorgesehenen zweiten Gleitfläche (8), welche eine Schmiertasche (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (9) durch einen konkav gewölbten Oberflächenbereich (10), welcher kantenlos in einen konvex gewölbten, die zweite Gleitfläche (8) bildenden Oberflächenbereich (11) übergeht, gebildet ist.
Gleitschuh nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Krümmungsradius (R1, R2) der konkav bzw. konvex gewölbten Oberflächenbereiche (10, 11) mindestens 10% des Durchmessers (G) des Gleitschuhs (5) beträgt.
Gleitschuh nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Krümmungsradius (R1, R2) der konkav bzw. konvex gewölbten Oberflächenbereiche (10, 11) mindestens 20% der Dicke (D) des Gleitschuhs (5) beträgt.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der minimale Krümmungsradius (R1) des konkav gewölbten Oberflächenbereichs (10) vom minimalen Krümmungsradius (R2) des konvex gewölbten Oberflächenbereichs (2) um nicht mehr als den Faktor zwei unterscheidet.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiertasche (9) eine Höhe (H) aufweist, die nicht mehr als ein Viertel des Durchmessers (G) der Schmiertasche (9) beträgt.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (H) der Schmiertasche (9) nicht mehr als 15% der Dicke (D) des Gleitschuhs (5) beträgt.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R3) an keiner Stelle des Übergangs zwischen der ersten Gleitfläche (7) und der zweiten Gleitfläche (8) geringer als 5% des Durchmessers (G) des Gleitschuhs (5) ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schmiertasche (9) über mindestens 15% der Projektionsfläche des Gleitschuhs (5) erstreckt.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schmiertasche (9) über max. 40% der Projektionsfläche des Gleitschuhs (5) erstreckt.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als durch Kaltumformung hergestelltes Metallteil ausgebildet ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Beschichtung mindestens einer Gleitfläche (7, 8).
Gleitschuh nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Brünieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Dünnschichtverchromen hergestellt ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Carbonitrieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Nitrocarburieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch kombiniertes Carbonitrieren und Nitrocarburieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Borieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Inchromieren hergestellt ist.
Gleitschuh nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Gleitfläche (7, 8) durch Vanadieren hergestellt ist.