用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)和裝備有此摩擦系統(tǒng)的、流體靜力的徑向活塞的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在活塞的滾動(dòng)體容納部中的滾動(dòng)體。根據(jù)本發(fā)明，所述滾動(dòng)體容納部由具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料制成并且至少一個(gè)滾動(dòng)體的表面被拋光。此外本發(fā)明公開(kāi)了一種徑向活塞機(jī)，所述徑向活塞機(jī)包括具有根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的活塞單元。
【專利說(shuō)明】用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)和裝備有此摩擦系統(tǒng)的、流體靜力的徑向活垂機(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)以及一種具有權(quán)利要求13所述特征的、裝備有此摩擦系統(tǒng)的流體靜力的徑向活塞機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]已知摩擦學(xué)系統(tǒng)，其也簡(jiǎn)稱為摩擦系統(tǒng)并常以這種專業(yè)概念使用，在機(jī)器制造和精密機(jī)械技術(shù)中用于描述彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸體的相互作用。特別是摩擦系統(tǒng)在機(jī)器制造中用于描述與本身并且必要時(shí)與中間材料產(chǎn)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(rùn)滑劑。
[0003]此外已知例如在徑向活塞機(jī)中使用活塞單元，其中在氣缸中引導(dǎo)的活塞通過(guò)支承在活塞中的滾動(dòng)體支承在環(huán)繞活塞單元的升程曲線上。在此，容納活塞的氣缸是相對(duì)于位置固定的升程曲線轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)的缸體的一部分。具有多個(gè)活塞單元的這種徑向活塞機(jī)例如由文獻(xiàn)DE40 37 455C1公開(kāi)。
[0004]這種活塞單元的缺點(diǎn)是,在活塞與同該活塞共同作用的滾動(dòng)體之間產(chǎn)生摩擦,這種摩擦降低了徑向活塞機(jī)的效率、并且特別降低了其起動(dòng)效率。
[0005]因此已知幾種應(yīng)用，其中徑向活塞機(jī)的效率應(yīng)當(dāng)通過(guò)活塞與滾動(dòng)體之間的流體靜力的壓力卸載得到改善。在此的目標(biāo)是，減少運(yùn)行期間、也就是作功沖程期間活塞與滾動(dòng)體之間的摩擦力。這種應(yīng)用例如由DElO 2010 032 058A1公開(kāi)。其缺點(diǎn)是這種壓力卸載沒(méi)有明顯改善起動(dòng)效率并且此外造成了相對(duì)較高的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]與此相對(duì)地，本發(fā)明的目的在于，提供一種用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)，其中所述活塞單元的起動(dòng)效率可以利用結(jié)構(gòu)上盡可能簡(jiǎn)單的手段得到提高。
[0007]該目的通過(guò)具有權(quán)利要求1所述特征的、用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)以及通過(guò)具有權(quán)利要求13所述特征的這種活塞單元的徑向活塞機(jī)得以實(shí)現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中予以說(shuō)明。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)用于活塞單元，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在活塞的滾動(dòng)體容納部中的滾動(dòng)體。根據(jù)本發(fā)明，至少一個(gè)滾動(dòng)體的至少一個(gè)表面被拋光。
[0010]利用這種簡(jiǎn)稱為摩擦系統(tǒng)的摩擦學(xué)系統(tǒng)，明顯減小軸承套與滾動(dòng)體之間的摩擦進(jìn)而顯著提高活塞單元的起動(dòng)效率。情況表明，開(kāi)頭所述結(jié)構(gòu)的裝備這種活塞單元的徑向活塞機(jī)的起動(dòng)效率可以從大約60%至65%提高到70%以及更高。滾動(dòng)體的拋光在此能夠利用傳統(tǒng)的制造技術(shù)方法進(jìn)行，從而使得有待拋光的滾動(dòng)體產(chǎn)生足夠高的表面質(zhì)量。在此，僅滾動(dòng)體的、直接與滾動(dòng)體容納部接觸的表面或滾動(dòng)體的整個(gè)表面被拋光。
[0011]在本發(fā)明的一種特別優(yōu)選的改進(jìn)方案中，作為軸承材料使用的復(fù)合材料是塑料復(fù)合材料和/或金屬?gòu)?fù)合材料。這種復(fù)合材料的特征在于，在其耐磨強(qiáng)度及其滑動(dòng)特性方面的可良好地調(diào)節(jié)的特性。特別是拋光的滾動(dòng)體和所使用的具有塑料復(fù)合材料和/或金屬?gòu)?fù)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(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案中，軸承材料的塑料復(fù)合材料和/或金屬?gòu)?fù)合材料具有PEEK/PTFE基質(zhì)。使用具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料的特征在于特別好的耐磨強(qiáng)度和特別低的摩擦系數(shù)。此外，這種軸承材料突出地適合于使用在高動(dòng)態(tài)性的應(yīng)用中。這種軸承材料的一個(gè)實(shí)施例是GGB軸承技術(shù)公司(Firma GGB Bearing Technology)的滑動(dòng)材料HX?，事實(shí)證明這種材料特別適用于本發(fā)明。
[0013]在本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案中，至少一個(gè)拋光的滾動(dòng)體或者說(shuō)拋光的滾動(dòng)體表面具有0.20±0.05μπι的最大磨平深度Rpmax，其中，該數(shù)據(jù)由所要制造的額定尺寸和制造公差組成。具有這種獲得的表面質(zhì)量的滾動(dòng)體產(chǎn)生特別低的摩擦系數(shù)進(jìn)而明顯提高了活塞單元的起動(dòng)效率或裝備此活塞單元的徑向活塞機(jī)的起動(dòng)效率。
[0014]被證明有利的是，拋光的滾動(dòng)體表面具有0.03±0.Ο?μπι的平均粗糙系數(shù)Ra，其中，該數(shù)據(jù)由所要制造的額定尺寸和制造公差組成。通過(guò)這樣高的表面精度可以再次降低摩擦系數(shù)。
[0015]當(dāng)拋光的滾動(dòng)體或者說(shuō)拋光的滾動(dòng)體表面具有0.03±0.02 μ m的減小的中心高Rpk時(shí)，活塞單元的起動(dòng)效率還可以進(jìn)一步提高，其中，該數(shù)據(jù)由所要制造的額定尺寸和制造公差組成。
[0016]有利的是，為了進(jìn)一步提聞活塞單兀的起動(dòng)效率，拋光的滾動(dòng)體表面具有
0.15±0.01ym的芯部粗糙度Rk，其中，該數(shù)據(jù)由所要制造的額定尺寸和制造公差組成。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案，拋光的滾動(dòng)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(shù)據(jù)由有待制造的額定尺寸和制造公差組成。這樣設(shè)計(jì)的滾動(dòng)體表面再次提高了活塞單元的起動(dòng)效率。
[0018]有利的是，拋光的滾動(dòng)體表面具有30±10%的材料份額Rmr，其在-0.05μπι的剖面深度時(shí)測(cè)得。這種稱為材料份額的數(shù)值Rmr按照標(biāo)準(zhǔn)DIN EN IS04287確定并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(fā)明的一種有利的實(shí)施方案中，至少一個(gè)拋光的滾動(dòng)體構(gòu)造為輥?zhàn)印Ｋ鲚佔(zhàn)幼詈镁哂?圓)柱形的形狀。對(duì)此替代地，也可以使用如從現(xiàn)有技術(shù)中已知的、首先拋光并取代輥?zhàn)拥男遁d平行滾動(dòng)體。通過(guò)使用卸載的平行滾動(dòng)體可以提高徑向活塞機(jī)的升程曲線的使用壽命。
[0020]對(duì)于特別有利地制造或者說(shuō)生產(chǎn)活塞來(lái)說(shuō)，被證明有利的是，滾動(dòng)體容納部設(shè)計(jì)為單獨(dú)的、也就是與活塞分開(kāi)構(gòu)造的軸承套。按照這種方式，具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料或者說(shuō)整個(gè)活塞還可以分別更成本低廉地制造并且緊接著組裝在一起。
[0021]作為補(bǔ)充，根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)也可以通過(guò)利用油、特別是液壓油的潤(rùn)滑附加地得到改善。對(duì)此特別適用殼牌公司的名稱為Tellus的油。通過(guò)這種潤(rùn)滑可以再進(jìn)一步提高起動(dòng)效率。
[0022]特別有利的是，根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)和裝備該摩擦系統(tǒng)的活塞單元可以安裝在開(kāi)頭所述的徑向活塞機(jī)中或在這種徑向活塞機(jī)中使用。特別是利用這種摩擦系統(tǒng)，可以明顯提高裝備這種摩擦系統(tǒng)的徑向活塞機(jī)的起動(dòng)效率，而不會(huì)降低活塞單元的使用壽命或者說(shuō)裝備該活塞單元的徑向活塞機(jī)的使用壽命。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]下面借助附圖對(duì)根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的一種有利的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)解釋。附圖示出:
[0024]圖1是徑向活塞機(jī)的一部分的側(cè)剖面圖，所述徑向活塞機(jī)包括具有根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的活塞單元；以及
[0025]圖2是圖1示例性地示出的、具有根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的活塞單元的俯視圖。
[0026]在附圖中一般來(lái)說(shuō)，相同的部件設(shè)有相同的附圖標(biāo)記。
【具體實(shí)施方式】
[0027]圖1示出了開(kāi)頭所述徑向活塞機(jī)I的一種實(shí)施例的軸向縱剖面圖。在該實(shí)施例中，徑向活塞機(jī)I是具有外部活塞支承部的徑向活塞馬達(dá)，所述徑向活塞馬達(dá)通常作為液壓馬達(dá)使用。這種徑向活塞機(jī)的具體功能例如由文獻(xiàn)DE40 37 455C1進(jìn)行描述。
[0028]徑向活塞機(jī)I具有布置在中心的軸2，利用該軸能夠驅(qū)動(dòng)固定在該軸上的元件。所述軸2由環(huán)繞的轉(zhuǎn)子4驅(qū)動(dòng)，在所述轉(zhuǎn)子中構(gòu)造多個(gè)氣缸6。在該實(shí)施例中，徑向活塞機(jī)I具有正好八個(gè)氣缸6，在圖1中僅示出其中三個(gè)完整的和另外兩個(gè)分別一半的氣缸。所述氣缸6徑向地或者說(shuō)星形地圍繞軸2布置。每個(gè)氣缸6此外具有主孔8和徑向回縮的導(dǎo)向孔10，在所述導(dǎo)向孔中可運(yùn)動(dòng)地分別容納有一個(gè)活塞單元12。
[0029]每個(gè)活塞單元12具有一活塞14，所述活塞在該實(shí)施例中是多級(jí)活塞。在沿徑向外側(cè)的端部上，每個(gè)活塞14具有間隙16，所述間隙用作為滾動(dòng)體容納部并能夠轉(zhuǎn)動(dòng)地支承容納構(gòu)造為輥?zhàn)拥臐L動(dòng)體18。但在該實(shí)施例中，在所述間隙16中，與活塞14分開(kāi)的軸承套20作為滾動(dòng)體容納部布置在滾動(dòng)體18與活塞14之間。所述軸承套20固定在活塞14上并由具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料制成。這里所使用的軸承材料是GGB軸承技術(shù)公司的商品名稱為HX?的軸承材料。此外，每個(gè)活塞14具有一環(huán)形槽22，所述環(huán)形槽布置在滾動(dòng)體容納部16的下面，也就是沿徑向比所述滾動(dòng)體容納部更向內(nèi)地布置。在所述環(huán)形槽22中容納有用作密封元件的活塞環(huán)24。
[0030]此外，所述徑向活塞機(jī)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，并且所述升程曲線圍繞轉(zhuǎn)子4進(jìn)而也圍繞氣缸6連同活塞單元12環(huán)繞地布置。這種布置可以使?jié)L動(dòng)體18支承在升程曲線26的曲線軌跡28上，并且在轉(zhuǎn)子4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)在升程曲線26上滾動(dòng)。因此所述活塞單元12執(zhí)行所述氣缸6內(nèi)部的振蕩運(yùn)動(dòng)。
[0031]借助圖2接下來(lái)介紹根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)，其用于圖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(zhì)的軸承材料制成的軸承套20中支承地容納有構(gòu)造為輥?zhàn)拥臐L動(dòng)體18。所述滾動(dòng)體18具有表面30，所述表面在裝入的狀態(tài)下直接與軸承套20和升程曲線26接觸。為了達(dá)到滾動(dòng)體18與軸承套20以及升程曲線26之間的盡可能小的摩擦阻力，滾動(dòng)體18的表面30被拋光。在該實(shí)施例中，拋光的表面30限制到圓柱形的滾動(dòng)體18的外殼面上。
[0032]特別是滾動(dòng)體18的表面30利用制造技術(shù)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的平均粗糙系數(shù)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并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(dòng)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(shí)測(cè)得。單獨(dú)采用每個(gè)上面列舉的表面質(zhì)量的技術(shù)規(guī)格就已經(jīng)可以降低摩擦系數(shù)。僅僅對(duì)于特別低的摩擦系數(shù)來(lái)說(shuō)，滾動(dòng)體18的表面30可以這樣被拋光，從而使得其達(dá)到上面列舉的全部技術(shù)規(guī)格。
[0033]按照這種方式，活塞14與滾動(dòng)體容納部或者說(shuō)與由具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料制成的軸承套20和可旋轉(zhuǎn)地支承在其上面的、拋光的滾動(dòng)體18形成根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)。該摩擦系統(tǒng)的特征在于特別低的摩擦系數(shù)、特別是低的附著摩擦系數(shù)，并因此提高了裝備該摩擦系統(tǒng)的徑向活塞機(jī)I的起動(dòng)效率。
[0034]與所示出的實(shí)施例不同的是，本發(fā)明可以在多個(gè)方面變化。例如構(gòu)造為輥?zhàn)拥臐L動(dòng)體18也設(shè)計(jì)為卸載的平行滾動(dòng)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(shè)想，根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)通過(guò)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(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的活塞單元12不一定強(qiáng)制地使用在具有外部的活塞支承部的徑向活塞機(jī)I上，而是也可以有利地使用在其他【技術(shù)領(lǐng)域】。特別是也可以設(shè)想在其他結(jié)構(gòu)形式的、沒(méi)有外部的活塞支承部的徑向活塞機(jī)上使用。也可以設(shè)想在不是徑向活塞機(jī)的技術(shù)系統(tǒng)中使用。
[0037]本發(fā)明公開(kāi)了一種用于活塞單元的摩擦系統(tǒng)，其中，所述活塞單元具有活塞和至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在活塞的滾動(dòng)體容納部中的滾動(dòng)體。根據(jù)本發(fā)明，所述滾動(dòng)體容納部由具有PEEK/PTFE基質(zhì)的軸承材料制成并且至少一個(gè)滾動(dòng)體的表面被拋光。此外本發(fā)明公開(kāi)了一種徑向活塞機(jī)，所述徑向活塞機(jī)包括`具有根據(jù)本發(fā)明的摩擦系統(tǒng)的活塞單元。
【權(quán)利要求】
1.用于活塞單元(12)的摩擦系統(tǒng)，其中，所述活塞單元(12)具有活塞(14)和至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在所述活塞(14)的滾動(dòng)體容納部(16)中的滾動(dòng)體(18)，其特征在于，至少一個(gè)滾動(dòng)體(18)的表面(30)被拋光。
2.按權(quán)利要求1所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述滾動(dòng)體容納部(16)由具有塑料復(fù)合材料和/或金屬?gòu)?fù)合材料的軸承材料制成。
3.按權(quán)利要求1或2所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述軸承材料的塑料復(fù)合材料和/或金屬?gòu)?fù)合材料具有PEEK/PTFE基質(zhì)。
4.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，拋光的滾動(dòng)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(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述拋光的滾動(dòng)體表面(30)具有0.03±0.01 μ m的平均粗糙系數(shù)Ra。
6.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述拋光的滾動(dòng)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(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述拋光的滾動(dòng)體表面(30)具有0.15 ± 0.01 μ m的芯部粗糙度Rk。
8.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述拋光的滾動(dòng)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(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述拋光的滾動(dòng)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(shí)測(cè)得。
10.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)拋光的滾動(dòng)體(18)構(gòu)造為棍子。
11.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述滾動(dòng)體容納部(16)構(gòu)造為單獨(dú)的軸承套(20)構(gòu)成。
12.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)，其特征在于，所述活塞(14)是多級(jí)活塞。
13.流體靜力的徑向活塞機(jī)(I)，其具有至少一個(gè)活塞單元(12),所述活塞單元具有按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的摩擦系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】F16C32/00GK103867416SQ201310757506
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月17日
【發(fā)明者】K·蒂巴里, J·菲舍爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司