用於活塞單元的摩擦系統和裝備有此摩擦系統的、流體靜力的徑向活塞的製造方法

2023-06-01 07:11:46 5

用於活塞單元的摩擦系統和裝備有此摩擦系統的、流體靜力的徑向活塞的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於活塞單元的摩擦系統，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個可轉動地支承在活塞的滾動體容納部中的滾動體。根據本發明，所述滾動體容納部由具有PEEK/PTFE基質的軸承材料製成並且至少一個滾動體的表面被拋光。此外本發明公開了一種徑向活塞機，所述徑向活塞機包括具有根據本發明的摩擦系統的活塞單元。
【專利說明】用於活塞單元的摩擦系統和裝備有此摩擦系統的、流體靜力的徑向活垂機
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種按照權利要求1的前序部分所述的、用於活塞單元的摩擦系統以及一種具有權利要求13所述特徵的、裝備有此摩擦系統的流體靜力的徑向活塞機。
【背景技術】
[0002]已知摩擦學系統，其也簡稱為摩擦系統並常以這種專業概念使用，在機器製造和精密機械技術中用於描述彼此相對運動的接觸體的相互作用。特別是摩擦系統在機器製造中用於描述與本身並且必要時與中間材料產生接觸性相互作用的物體的摩擦和磨損。在此，所使用的中間材料例如可以是潤滑劑。
[0003]此外已知例如在徑向活塞機中使用活塞單元，其中在氣缸中引導的活塞通過支承在活塞中的滾動體支承在環繞活塞單元的升程曲線上。在此，容納活塞的氣缸是相對於位置固定的升程曲線轉動的旋轉的缸體的一部分。具有多個活塞單元的這種徑向活塞機例如由文獻DE40 37 455C1公開。
[0004]這種活塞單元的缺點是,在活塞與同該活塞共同作用的滾動體之間產生摩擦,這種摩擦降低了徑向活塞機的效率、並且特別降低了其起動效率。
[0005]因此已知幾種應用，其中徑向活塞機的效率應當通過活塞與滾動體之間的流體靜力的壓力卸載得到改善。在此的目標是，減少運行期間、也就是作功衝程期間活塞與滾動體之間的摩擦力。這種應用例如由DElO 2010 032 058A1公開。其缺點是這種壓力卸載沒有明顯改善起動效率並且此外造成了相對較高的製造成本。

【發明內容】

[0006]與此相對地，本發明的目的在於，提供一種用於活塞單元的摩擦系統，其中所述活塞單元的起動效率可以利用結構上儘可能簡單的手段得到提高。
[0007]該目的通過具有權利要求1所述特徵的、用於活塞單元的摩擦系統以及通過具有權利要求13所述特徵的這種活塞單元的徑向活塞機得以實現。
[0008]本發明的有利的改進方案在從屬權利要求中予以說明。
[0009]根據本發明的摩擦系統用於活塞單元，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個可轉動地支承在活塞的滾動體容納部中的滾動體。根據本發明，至少一個滾動體的至少一個表面被拋光。
[0010]利用這種簡稱為摩擦系統的摩擦學系統，明顯減小軸承套與滾動體之間的摩擦進而顯著提高活塞單元的起動效率。情況表明，開頭所述結構的裝備這種活塞單元的徑向活塞機的起動效率可以從大約60%至65%提高到70%以及更高。滾動體的拋光在此能夠利用傳統的製造技術方法進行，從而使得有待拋光的滾動體產生足夠高的表面質量。在此，僅滾動體的、直接與滾動體容納部接觸的表面或滾動體的整個表面被拋光。
[0011]在本發明的一種特別優選的改進方案中，作為軸承材料使用的複合材料是塑料複合材料和/或金屬複合材料。這種複合材料的特徵在於，在其耐磨強度及其滑動特性方面的可良好地調節的特性。特別是拋光的滾動體和所使用的具有塑料複合材料和/或金屬複合材料的軸承材料的組合在此被證明是特別有利的。
[0012]在本發明的一種有利的改進方案中，軸承材料的塑料複合材料和/或金屬複合材料具有PEEK/PTFE基質。使用具有PEEK/PTFE基質的軸承材料的特徵在於特別好的耐磨強度和特別低的摩擦係數。此外，這種軸承材料突出地適合於使用在高動態性的應用中。這種軸承材料的一個實施例是GGB軸承技術公司(Firma GGB Bearing Technology)的滑動材料HX?，事實證明這種材料特別適用於本發明。
[0013]在本發明的一種有利的改進方案中，至少一個拋光的滾動體或者說拋光的滾動體表面具有0.20±0.05μπι的最大磨平深度Rpmax，其中，該數據由所要製造的額定尺寸和製造公差組成。具有這種獲得的表面質量的滾動體產生特別低的摩擦係數進而明顯提高了活塞單元的起動效率或裝備此活塞單元的徑向活塞機的起動效率。
[0014]被證明有利的是，拋光的滾動體表面具有0.03±0.Ο?μπι的平均粗糙係數Ra，其中，該數據由所要製造的額定尺寸和製造公差組成。通過這樣高的表面精度可以再次降低摩擦係數。
[0015]當拋光的滾動體或者說拋光的滾動體表面具有0.03±0.02 μ m的減小的中心高Rpk時，活塞單元的起動效率還可以進一步提高，其中，該數據由所要製造的額定尺寸和製造公差組成。
[0016]有利的是，為了進一步提聞活塞單兀的起動效率，拋光的滾動體表面具有
0.15±0.01ym的芯部粗糙度Rk，其中，該數據由所要製造的額定尺寸和製造公差組成。
[0017]根據本發明的一種有利的改進方案，拋光的滾動體表面具有0.06±0.02 μ m的取平均值的劃痕深度Rvk，其中，該數據由有待製造的額定尺寸和製造公差組成。這樣設計的滾動體表面再次提高了活塞單元的起動效率。
[0018]有利的是，拋光的滾動體表面具有30±10%的材料份額Rmr，其在-0.05μπι的剖面深度時測得。這種稱為材料份額的數值Rmr按照標準DIN EN IS04287確定並且描述了從外部到深部的表面粗糙度輪廓的材料分布。
[0019]在本發明的一種有利的實施方案中，至少一個拋光的滾動體構造為輥子。所述輥子最好具有(圓)柱形的形狀。對此替代地，也可以使用如從現有技術中已知的、首先拋光並取代輥子的卸載平行滾動體。通過使用卸載的平行滾動體可以提高徑向活塞機的升程曲線的使用壽命。
[0020]對於特別有利地製造或者說生產活塞來說，被證明有利的是，滾動體容納部設計為單獨的、也就是與活塞分開構造的軸承套。按照這種方式，具有PEEK/PTFE基質的軸承材料或者說整個活塞還可以分別更成本低廉地製造並且緊接著組裝在一起。
[0021]作為補充，根據本發明的摩擦系統也可以通過利用油、特別是液壓油的潤滑附加地得到改善。對此特別適用殼牌公司的名稱為Tellus的油。通過這種潤滑可以再進一步提高起動效率。
[0022]特別有利的是，根據本發明的摩擦系統和裝備該摩擦系統的活塞單元可以安裝在開頭所述的徑向活塞機中或在這種徑向活塞機中使用。特別是利用這種摩擦系統，可以明顯提高裝備這種摩擦系統的徑向活塞機的起動效率，而不會降低活塞單元的使用壽命或者說裝備該活塞單元的徑向活塞機的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]下面藉助附圖對根據本發明的摩擦系統的一種有利的實施例進行詳細解釋。附圖示出:
[0024]圖1是徑向活塞機的一部分的側剖面圖，所述徑向活塞機包括具有根據本發明的摩擦系統的活塞單元；以及
[0025]圖2是圖1示例性地示出的、具有根據本發明的摩擦系統的活塞單元的俯視圖。
[0026]在附圖中一般來說，相同的部件設有相同的附圖標記。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出了開頭所述徑向活塞機I的一種實施例的軸向縱剖面圖。在該實施例中，徑向活塞機I是具有外部活塞支承部的徑向活塞馬達，所述徑向活塞馬達通常作為液壓馬達使用。這種徑向活塞機的具體功能例如由文獻DE40 37 455C1進行描述。
[0028]徑向活塞機I具有布置在中心的軸2，利用該軸能夠驅動固定在該軸上的元件。所述軸2由環繞的轉子4驅動，在所述轉子中構造多個氣缸6。在該實施例中，徑向活塞機I具有正好八個氣缸6，在圖1中僅示出其中三個完整的和另外兩個分別一半的氣缸。所述氣缸6徑向地或者說星形地圍繞軸2布置。每個氣缸6此外具有主孔8和徑向回縮的導向孔10，在所述導向孔中可運動地分別容納有一個活塞單元12。
[0029]每個活塞單元12具有一活塞14，所述活塞在該實施例中是多級活塞。在沿徑向外側的端部上，每個活塞14具有間隙16，所述間隙用作為滾動體容納部並能夠轉動地支承容納構造為輥子的滾動體18。但在該實施例中，在所述間隙16中，與活塞14分開的軸承套20作為滾動體容納部布置在滾動體18與活塞14之間。所述軸承套20固定在活塞14上並由具有PEEK/PTFE基質的軸承材料製成。這裡所使用的軸承材料是GGB軸承技術公司的商品名稱為HX?的軸承材料。此外，每個活塞14具有一環形槽22，所述環形槽布置在滾動體容納部16的下面，也就是沿徑向比所述滾動體容納部更向內地布置。在所述環形槽22中容納有用作密封元件的活塞環24。
[0030]此外，所述徑向活塞機I具有位置固定的、波浪形的升程曲線26，所述升程曲線具有成型的曲線軌跡28，並且所述升程曲線圍繞轉子4進而也圍繞氣缸6連同活塞單元12環繞地布置。這種布置可以使滾動體18支承在升程曲線26的曲線軌跡28上，並且在轉子4的旋轉運動時在升程曲線26上滾動。因此所述活塞單元12執行所述氣缸6內部的振蕩運動。
[0031]藉助圖2接下來介紹根據本發明的摩擦系統，其用於圖1所示的示例性的活塞單元12。如上所述，在由具有PEEK/PTFE基質的軸承材料製成的軸承套20中支承地容納有構造為輥子的滾動體18。所述滾動體18具有表面30，所述表面在裝入的狀態下直接與軸承套20和升程曲線26接觸。為了達到滾動體18與軸承套20以及升程曲線26之間的儘可能小的摩擦阻力，滾動體18的表面30被拋光。在該實施例中，拋光的表面30限制到圓柱形的滾動體18的外殼面上。
[0032]特別是滾動體18的表面30利用製造技術被拋光，從而該表面具有0.20±0.05 μ m的最大磨平深度(Gl§ttungstiefe ) Rpmax>0.03±0.01 μ m的平均粗糙係數Ra以及
0.03 ±0.02 μ m的減小的中心高Rpk。芯部相糙度Rk為0.15 ±0.01 μ m並且取平均值的或者減小的劃痕深度Rvk為0.06±0.02ymo此外，拋光的滾動體表面具有30±10%的材料份額Rmr，其在-0.05 μ m的剖面深度時測得。單獨採用每個上面列舉的表面質量的技術規格就已經可以降低摩擦係數。僅僅對於特別低的摩擦係數來說，滾動體18的表面30可以這樣被拋光，從而使得其達到上面列舉的全部技術規格。
[0033]按照這種方式，活塞14與滾動體容納部或者說與由具有PEEK/PTFE基質的軸承材料製成的軸承套20和可旋轉地支承在其上面的、拋光的滾動體18形成根據本發明的摩擦系統。該摩擦系統的特徵在於特別低的摩擦係數、特別是低的附著摩擦係數，並因此提高了裝備該摩擦系統的徑向活塞機I的起動效率。
[0034]與所示出的實施例不同的是，本發明可以在多個方面變化。例如構造為輥子的滾動體18也設計為卸載的平行滾動體的形式，以便因此提高升程曲線26的使用壽命。
[0035]此外可以設想，根據本發明的摩擦系統通過使用油、例如像殼牌公司(FirmaShell)的名稱為Tellus46的液壓油附加地得到提高。
[0036]此外，具有根據本發明的摩擦系統的活塞單元12不一定強制地使用在具有外部的活塞支承部的徑向活塞機I上，而是也可以有利地使用在其他【技術領域】。特別是也可以設想在其他結構形式的、沒有外部的活塞支承部的徑向活塞機上使用。也可以設想在不是徑向活塞機的技術系統中使用。
[0037]本發明公開了一種用於活塞單元的摩擦系統，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個可轉動地支承在活塞的滾動體容納部中的滾動體。根據本發明，所述滾動體容納部由具有PEEK/PTFE基質的軸承材料製成並且至少一個滾動體的表面被拋光。此外本發明公開了一種徑向活塞機，所述徑向活塞機包括`具有根據本發明的摩擦系統的活塞單元。
【權利要求】
1.用於活塞單元(12)的摩擦系統，其中，所述活塞單元(12)具有活塞(14)和至少一個可轉動地支承在所述活塞(14)的滾動體容納部(16)中的滾動體(18)，其特徵在於，至少一個滾動體(18)的表面(30)被拋光。
2.按權利要求1所述的摩擦系統，其特徵在於，所述滾動體容納部(16)由具有塑料複合材料和/或金屬複合材料的軸承材料製成。
3.按權利要求1或2所述的摩擦系統，其特徵在於，所述軸承材料的塑料複合材料和/或金屬複合材料具有PEEK/PTFE基質。
4.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，拋光的滾動體表面(30)具有0.20 ±0.05 μ m的最大磨平深度Rpmax。
5.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述拋光的滾動體表面(30)具有0.03±0.01 μ m的平均粗糙係數Ra。
6.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述拋光的滾動體表面(30)具有0.03 ±0.02 μ m的減小的中心高Rpk0
7.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述拋光的滾動體表面(30)具有0.15 ± 0.01 μ m的芯部粗糙度Rk。
8.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述拋光的滾動體表面(30)具有0.06 ± 0.02 μ m的取平均值的劃痕深度Rvk。
9.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述拋光的滾動體表面(30)具有30 ± 10%的材料份額Rmr，其在-0.05 μ m的剖面深度時測得。
10.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，至少一個拋光的滾動體(18)構造為棍子。
11.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述滾動體容納部(16)構造為單獨的軸承套(20)構成。
12.按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統，其特徵在於，所述活塞(14)是多級活塞。
13.流體靜力的徑向活塞機(I)，其具有至少一個活塞單元(12),所述活塞單元具有按前述權利要求中任一項所述的摩擦系統。
【文檔編號】F16C32/00GK103867416SQ201310757506
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2012年12月17日
【發明者】K·蒂巴裡, J·菲舍爾 申請人:羅伯特·博世有限公司