DE2002447C3 - Laufflächen an einem hydraulischen Antrieb und Vorrichtung zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Laufflächen an einem hydraulischen Antrieb, insbesondere für pulsierend betriebene Prüfmaschinen für Torsionsbeanspruchung od. dgl., und eine Vorrichtung zu deren Herstellung, wobei der Antrieb mit einem Ringspaltraum, der durch zwei koaxial ineinanderliegende, relativ zueinander um ihre Achse verschwenkbare Zylinder begrenzt ist und der durch mindestens eine aus der Fläche des äußeren Zylinders nach innen und mindestens eine aus der Fläche des inneren Zylinders nach außen vorspringende Längsrippe unterteilt ist, die jeweils auf der als Lauffläche ausgebildeten gegenüberliegenden Fläche des anderen Zylinders abdichtend gleitet und Kammern abteilt, die wechselweise von Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind.
Bei der Durchführung von Torsionsversuchen wird das eine Ende der Probe in ein festes Widerlager eingespannt und das andere Ende mit einem Antrieb der genannten Art zur Erzeugung von Drehbelastungen verbunden. Den Kammern dieses hydraulischen Antriebs (USA.-Patentschrift 2 569 640) wird die Druckflüssigkeit wechselweise durch Bohrungen, Druckleitungen und Steuerventile bzw. Servosteuervorrichtungen von außen zugeführt bzw. nach erfolgter Arbeitsleistung wieder entzogen. Um die erforderlichen Drehmomente aufbringen zu können, wird die Druckflüssigkeit mit ziemlich hohen Drücken, beispielsweise mit 200 bbis 300 atü, zugeführt. Diese hohen Drucke setzen aber eine sorgfältige Bearbeitung der Laufflächen und der auf ihnen gleitenden

002

Rippen \oruus, für deren Lagerspiel beispielsweise Toleranzen von unter ¹ZiUn mm notwendig sind.

Wegen ihrer komplizierten Form sind die Wandungen bzw. Laufflächen der Verdrängungskammern mit der erforderlichen Oberflächengenauigkeit au-Herst schwierig herzustellen. Insbesondere machen die vorspringenden Rippen die Bearbeitung der Laufflächen nach den bekannten Herstellungsverfahren für drehsymmetrische Teile unmöglich. Man konnte somit kaum zufriedenstellende Bearbeitung-Ergebnisse erreichen, und es treten leicht Fehler auf. welche dazu führen können, daß die aufeinandergltitenden Teile sich heißlaufen und sich gegenseitig /ersuiren. Besondere Schwierigkeiten bereiten auch ungleichmäßige Ausdehnungen, weiche durch ungleichmäßige Erwärmungen der Bauteile herbeigeführt 'λ erden.

Aufgabe der Erfindung ist es, Laufflächen für .inen hydraulischen Antrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfacher und genauer herzusiellen sind, so daß sich die aufeinandergleitenden Teile ■lieht mehr heißlaufen können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Laufflächen die Oberflächen eines mindestens einschichtigen, an sich bekannten, ehemisch und thermisch beständigen, auf die roh bearbeitete Metalloberfläche aufgeschichteten und mit dieser fest verbundenen Laufflächenbelags mit guten Cileiteigenschaften sind.

Bei derartigen Laufflächenbelägen wird die bishciige schwierige und zeitraubende Herstellung der Laufflächen vermieden. Außerdem lassen sich dieso Laufflächenbeläge so genau einpassen, daß aufeinandeigleitende Teile nicht mehr heißlaufen können.

Die Plastbeschichtung von Laufflächen ist an sich bekannt. Gemäß Patentschrift 60 232 des Amtes für lZrfindungs- und Patentwesen in Ost-Berlin werden zur Wiederherstellung einwandfreier Begrenzungsflächen für die Radkammern von Zahnradpumpengehäusen diese Begrenzungsflächen mit Kunststoff beschichtet. Gemäß der britischen Patentschrift 609 103 .werden die Gleitflächen bei einer Zahnradpumpe mit Lagermetall ausgekleidet. Auch das Einsetzen von Ringteilen oder Zylinderschalen aus graphitischem Material, aus einem nicht korrodierenden Metall oder einem nichtmetallischen Werkstoff (USA.-Patentschrift 2 662 483 und 2 966 860) ist bekannt. Diese Laufflächenbeläge sind aber nur bei solchen Antrieben vorgesehen, bei denen die bekannten Herstellungsverfahren für drehsymmetrische Teile angewendet werden können, so daß sie ohne weiteres in der erforderlichen Genauigkeit herstellbar sind. Sie konnten deshalb auch keine Anregung dazu geben, die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe in der angegebenen Weise zu lösen.

Der Laufflächenbelag besteht in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einer an sich bekannten, von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärteten, auf die roh bearbeitete Metalloberfläche aufgegossenen und fest damit verbundenen Mehrkomponentenkunststoffmasse. Bei weiteren Ausführungsformen besteht der Laufflächenbelag aus vorgefertigten Schalen aus Kunststoff oder Metall oder biegsamen Metallplatten, welche durch mindestens eine von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärtete Klebmasse mit der roh bearbeiteten Metalloberfläche verbunden sind.

Die Vorrichtung zur Herstellung der Laufflächen des hydrostatischen Antriebs ist durch einen freien GießspalL gekennzeichnet, der sich zwischen der roh bearbeiteten Metalloberfläche und einer daran in genauem Abstand der erforderlichen Schientdicke angeordneten Begrenzungsfläche mit der sorgfältig bearbeiteten Oberfläche eines vorzugsweise in Segmente zerschnittenen drehsymmetrischen Teils und einer dünn darauf aufgetragenen Trennschicht befindet und zur Aufnahme der noch flüssig eingefüllten von selbst und ohne Blasenbildung aushärtenden Mehrkomponcntenkunststoffmasse dient, welche sich nach Aushärtung der Kunststoffmasse an der Trennschicht der Begrenzungsfläche ablösen läßt. Mögliche Schrumpfungen beim Aushärten des Kunststoffes können dabei außer Betracht bleiben, da sie sich nur auf die im Vergleich zur Gesjmtabmessung des hydraulischen Antriebs ohnehin schon kleinen Dikkcn der aufgetragenen Schichten erstrecken. Als Laufflächenbeläge sind beispielsweise Gußkuns!- harze auf der Basis Phenol-Kresol-Formaldehyd, Hamstoff-Thioharnstoff-Formaldehyd usw. geeignet. Als Trennschicht kann ein chemisch neutraler, leicht schmelzender Stoff, wie z. B. Wachs, Kerzentalg od. dgl., aus der Dampfphase niedergeschlagen oder auch flüssig aufgetragen und nach der Aushärtung d" i'iiiji'füllten Kunststoffmasse wieder durch Erwärmung verflüssigt werden, um die Begrenzungsl'lächc mühelos und ohne Beschädigung der Kunslstoffoberfläche ablösen zu können.

Gemäß weiteren Erfindungsgedanken wird eine Klebstoffmasse in den freien Gießspalt gepreßt, der von der roh bearbeiteten, zylindrischen Metalloberfläche und von einer davor auf einer Bcgrenzungsfläche für den genauen Abstand der erforderlichen Schichtdicke angeordneten vorgefertigten Schale oder gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform von einer biegsamen Metallplatte mit guten Gleiteigenschaften gebildet wird. Dabei dient mindestens zunächst die unter Druck einlaufende Klebstoffmasse als Treibflüssigkeit zum Anpressen der Schale oder der biegsamen Metallplatte an die Begrenzungsfläche. Der Druck auf die als Treibflüssigkeit benutzte Klebstoffmasse kann während der Aushärtungszeit mit an sich bekannten Mitteln aufrechterhalten werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens werden schließlich vor dem Einfüllen der Kunststoff- oder Klebstoffmasse in den Gießspalt die mit ihr zu verbindenden Metalloberflachen mit mindestens einer an sich bekannten Haftschicht (wie z. B. dein ölbeständigen Epoxy-Phenolharz) versehen. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn sich beispielsweise zwei Schichten nicht unmittelbar, sondern nur mit Hilfe einer besonderen Zwischenschicht verbinden lassen.

Die zum Eingießen der Kunststoff- oder Klebstoffmasse benötigten Begrenzungsflächen können einteilig sein und mit irgendwelchen Paßstücken usw. befestigt werden. Man kann sie aber auch in an sich bekannter Weise mehrteilig gestalten, um sie nach der Aushärtung der eingegossenen Kunststoff- oder Klebstoffmasse leichter entnehmen zu können.

Als Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen in den

F i g. 1 und 2 schematisch in verschiedenen Schnitten eine Torsionsprüfmaschine mit einem hydraulischen Antrieb zur Erzeugung von Drehbelastungen dargestellt;

Fig. 3 zeigt schematisch eine zur Beschichtung des äußeren Zylinders mit Kunststoff geeignete Anordnung; und die

F i g. 4 und 5 zeigen Ausschnitte derselben; in

Fig. 6 ist schließlich ein mit Kunststoff- oder Melallbelägen beklebter innerer Zylinder mit zwei nach außen vorspringenden Rippen im Querschnitt dargestellt.

Bei der schematischen Darstellung in Fig. 1 ist ein waagerechter Probestab 21 an seiner rechten Seite fest eingespannt. An der linken Seite ist dieser Probestab 21 mit dem schwenkbaren Zylinder 1 der Vorrichtung zur Erzeugung von Drehbelastungen durch eine Einspannvorrichtung verbunden. Der schwenkbare innere Zylinder 1 ist in dem den äußeren Zylinder bildenden Gehäuse 2, welches die beiden Seitenteile 3 und 4 besitzt, in einem bestimmten Winkelbereich um seine Längsachse schwenkbar gelagert.

Die Wirkungsweise des hydraulisch betriebenen Antriebs ist aus dem in F i g. 2 dargestellten Schnittbild ersichtlich. Der schwenkbare Zylinder 1 ist konzentrisch in dem Gehäuse 2 gelagert. Seine in den Ringspaltraum zwischen den beiden Zylindern ragenden Längsrippen 6 berühren die innenseitigen Laufflächen des Gehäuses 2. Von dem Gehäuse 2 ragen die Längsrippen 5 nach innen in den Ringspaltraum vor. Sie berühren die Laufflächen des Zylinders 1. Durch die Längsrippen 5 und die Längsrippen 6 wird der Ringspaltraum zwischen dem Gehäuse 2 und dem Zylinder 1 in vier veränderliche Kammern eingeteilt. In diese Kammern münden jeweils die Bohrlöcher? und 8. Die beiden Kammern mit den Bohrlöchern 7 und die beiden Kammern mit den Bohrlöchern 8 sind jeweils durch' äußere oder innere nicht dargestellte Leitungen oder Bohrungen miteinander verbunden, so daß beispielsweise die Treibflüssigkeit durch die Bohrlöcher? gleichzeitig zugeführt und durch die Bohrlöcher 8 abgeführt werden kann. An den Innenlaufflächen des Gehäuses 2 sind jeweils zwischen den Längsrippen 5 die Laufflächenbeläge 9 aus· Kunststoff oder Metall aufgeschichtet. Der drehbare Innenzylinder 1 trägt an seinen äußeren Laufflächen zwischen den Längsrippen 6 jeweils den Laufflächenbelag 10 (in Fig.2) oder 20 (in Fig.6) aus Kunststoff oder Metall. Bei Verdrehung des Innenzylinders 1 gegenüber dem Gehäuse 2 gleiten also die Längsrippen 6 auf den Oberflächen der Laufflächenbeläge 9 aus Kunststoff oder Metall und die Längsrippen 5 auf den Oberflächen der Laufflächenbeläge 10 oder 20 aus Kunststoff oder Metall.

In den F i g. 3 bis 5 sind Schnittbilder dargestellt, aus denen der Beschichtungsvorgang mit Hilfe von mehrteiligen Gießformen ersichtlich ist.

In F i g. 3 ist das Gehäuse 2 mit seinen in dieser Figur nicht sichtbaren Längsrippen auf einen genau passenden Dorn 12 bis zum Anschlag 13 aufgeschoben, um einen exakten Sitz des Gehäuses in axialer Richtung zu gewährleisten. In die vom Gehäuse 2 und dem Dorn 12 zwischen den Längsrippen frei gelassenen Ringspaltlücken sind die Ringsegmente 11 eingesetzt, welche auf ihrer äußeren Fläche 14 und auf ihren Abstützflächen sorgfältig bearbeitet sind. Die Ringsegmente 11 stützen sich auf ebenfalls sorgfältig bearbeiteten Flächen ab, die an der einen Seite als Gegenlager auf der vorspringenden zylindrischen Fläche des Anschlags 13 am Dorn 12 und an der anderen Seite als Gcgcnlager zur vorspringenden zylindrischen Fläche 15 der Ringsegmentc 11 auf dcir Dorn 12 angeordnet sind. Sie werden in dieser Lage durch die beiden Paßringe 16 festgehalten, welche gleichzeitig den vom Gehäuse 2 und den Ringsegmenten 11 frei gelassenen Gießspalt nach den Seiten hin abschließen.

Als Einfüllöffnungen für den noch flüssigen Kunststoff können in einem der beiden Paßringe irgcndwclche Bohrlöcher oder Nuten vorgesehen sein, welche zum Gießspaltraum führen und das Einfüllen des Kunststoffs oder eines Klebstoffs für metallische Beläge sowie das Entweichen der verdrängten Lufl ermöglichen. Diese Bohrungen oder Nuten sind in den Abbildungen nicht dargestellt.

Da alle für diesen Gießvorgang benötigten Einzelteile aus dem Vollen herausgedreht und erst anschließend die entsprechenden Drehflächenteile zwischen die Längsrippen 5 beim Gehäuse 2 und bei den

ao Ringsegmenten 11 eingepaßt werden, ist es an sich einfach, alle beim Gießvorgang aufeinanderliegenden Flächen genau passend herzustellen und beim Zusammensetzen der Gießform die sorgfältig bearbeiteten Gießformflächen 14, die sich auf den Ringsegas menten 11 befinden, genau zu justieren.

In den Fig.4 und5 sind Querschnitte der in F i g. 3 im Längsschnitt dargestellten, zusammengesetzten Gießform ausschnittsweise gezeigt.

Das Gehäuse 2 stützt sich mit den Längsrippen 5

auf dem Dorn 12 ab. Zwischen Gehäuse und Dorn sind die Ringsegmente 11 eingesetzt, welche sich in der aus Fig.3 ersichtlichen Art auf dem Dorn abstützen und durch die Paßringe 16 festgehalten werden. Durch Unterteilung der Ringsegmente, wie in Fig.4 bei 17 gezeigt, oder durch Verwendung von Keilen, wie in Fig. 5 bei 18 gezeigt, kann das Einsetzen bzw. Herausnehmen der Ringsegmente 11 erleichtert werden.

In entsprechender Weise wie bei dem äußeren Zy-

linder wird die Beschichtung bei dem inneren Zylinder vorgenommen, nachdem dessen roh bearbeitete und gut vorbereitete Metalloberfläche zwischen dessen Längsrippen mit einer im genauen Abstand der erforderlichen Schichtdicke angeordneten Begren-

zungsfläche mit sorgfältig bearbeiteter Oberfläche und dünn darauf aufgetragener Trennschicht umgeben wurde.

Die Verklebung von roh bearbeiteten und gut vorbereiteten zylindrischen Metalloberflächen jeweils

zwischen den Längsrippen 5 oder 6 mit speziell vorgefertigten Schalen aus Kunststoff oder Metall kann in einer ähnlichen Art durchgeführt werden. Die vorgefertigten Schalen müssen hierbei vor dem Zusammensetzen der Gießform mit ihren bearbeiteten, als Laufflächen vorgesehenen Flächenteilen auf die sorgfältig bearbeitete Oberfläche der Begrenzungsfläche 14 aufgesetzt bzw. mit ihr zusammengefügt werden. Diese müssen mindestens so fest aufeinander haften, daß sie durch den Zusammenbau der Gießform und die anschließende Füllung des Gießspalts nicht wieder voneinander getrennt oder gegenseitig verschoben werden.

Ein Beispiel für aufgeklebte Laufflächenbeläge ist in F i g. 6 dargestellt. Der Innenzylinder 1 trägt auf

seinen roh bearbeiteten Laufflächen zwischen den beiden Längsrippen 6 je einen mit Hilfe einer ausgehärteten Schicht 19 aufgeklebten Laufflächenbelag 20.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Laufflächen für einen hydraulischen Antrieb, insbesondere für pulsierend betriebene Prüfmaschinen für Torsionsbeanspruchung od. dgl. mit einem Ringspaltraum, der durch zwei koaxial ineinanderliegende, relativ zueinander um ihre Achse verschwenkbare Zylinder begrenzt ist und der durch mindestens eine aus der Fläche des äußeren Zylinders nach innen und mindestens eine aus der Fläche des inneren Zylinders nach außen vorspringende Längsrippe unterteilt ist, die jeweils auf der als Lauffläche ausgebildeten gegenüberliegenden Fläche des anderen Zylinders abdichtend gleite', und Kammern abteilt, die wechselweise von Druckflüssigkeit beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufflächen die Oberflächen eines mindestens einschichtigen an sich bekannten chemisch und thermisch beständigen, auf die foh bearbeitete Metalloberfläche aufgeschichteten und mit dieser fest verbundenen Laufflächenbelags (9, 10) mit guten Gleiteigenschaften sind.

2. Laufflächen nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufflächenbelag (9, 10) aus einer an sich bekannten, von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärteten, auf die roh bearbeitete Metalloberfläche aufgegossenen und fest damit verbundenen Mehrkomponentenkunststoffmasse besteht.

3. Laufflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufflächenbelag (9, 10) aus vorgefertigten Schalen (20) aus Kunststoff besteht, welche durch mindestens eine von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärtete Klebemasse (19) mit der roh bearbeiteten Metalloberfläche verbunden sind.

4. Laufflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufflächenbelag (9, 10) aus vorgefertigten Schalen (20) aus Metall besteht, welche durch mindestens eine von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärtete Klebemasse (19) mit der roh bearbeiteten Metalloberfläche verbunden sind.

5. Laufflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laufflächenbelag (9, 10) aus biegsamen Metallplatten besteht, welche durch mindestens eine von selbst und ohne Blasenbildung ausgehärtete Klebemasse (19) mit der roh bearbeiteten zylindrischen Metalloberfläche verbunden sind.

6. Vorrichtung zur Herstellung der Laufflächen an einem hydraulischen Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen der roh bearbeiteten Metalloberfläche und einer daran im genauen Abstand der erforderlichen Schichtdicke angeordneten Begrenzungsfläche (14) mit der sorgfältig bearbeiteten Oberfläche eines vorzugsweise in Segmente (11) zerschnittenen drehsymmetrischen Teils und einer dünn darauf aufgetragenen Trennschicht ein freier Gießspalt befindet und zur Aufnahme der noch flüssig eingefüllten, von selbst und ohne Blasenbildung aushärtenden Mehrkomponcntenkunststoffmasse (9, 10) dient, welche nach Aushärtung an der Trennschicht von der Begrenzungsfläche (14) ablösbar ist.

7. Vorrichtung zur Herstellung der Laufflächen an einem hydraulischen Antrieb nach den Ansprüchen 1,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der roh bearbeiteten, zylindrischen Metalloberfläche und einer auf der Begrenzungsfläche (14) für den genauen Abstand der erforderlichen Schichtdicke angeordneten, vorgefertigten Schale (20) ein freier Gießspalt vorhanden ist, in den eine chemisch und thermisch beständige flüssige Kunststoffmasse (19) einpreßbar ist, welche von selbst und ohne Blasenbildung aushärtet.

8. Vorrichtung zur Herstellung der Laufflächen an einem hydraulischen Antrieb nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der roh bearbeiteten, zylindrischen Metalloberfläche und einer auf einer Begrenzungsfläche (14) für den genauen Abstand der erforderlichen Schichtdicke ablösba; angeordneten biegsamen Metallplatte mit guten Gleiteigenschaften ein freier Gießspalt vorhanden ist, in den eine chemisch und thermisch beständige Klebstoffmasse (19) einpreßbar ist, welche mindestens zunächst als Treibflüssigkeit zum Anpressen der Metallplatte an der Begrenzungsfläche (14) dient und nach einer bestimmten Zeit von selbst und ohne Blasenbildung aushärtet.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Kunststoff- oder Klebstoffmasse (9, 10, 19) zu verbindenden Metalloberflächen mit mindestens einer an sich bekannten dünnen Haftschicht versehen sind.