Einsatz konturierter und beschichteter Kolben-Buchse-Paare in Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise
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Beschreibung
Axialkolbenmaschinen sind die in der hydraulischen Antriebstechnik am weitesten verbreitete Pumpenbauform für den mittleren bis hohen Druckbereich. Neben der weiteren Steigerung des Gesamtwirkungsgrades sind auch eine Erhöhung der Lebensdauer und eine bessere Umweltverträglichkeit über dem gesamten Produktlebenszyklus Ziel aktueller Forschungen. Diese Ziele können teilweise durch die Vermeidung von Sondermessing im Triebwerk erreicht werden. Gleichzeitig würde sich damit auch die Ölalterung im hydraulischen Kreislauf verlangsamen. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich dabei mit dem vorderen Triebwerksbereich einer Axialkolbenpumpe, also den tribologischen Kontakten Kolben-Buchse, Kolben-Gleitschuh und Gleitschuh-Schrägscheibe. Statt der bekannten Hart-Weich-Kombination sollen in den tribologischen Kontakten Hart-Hart-Paarungen verwendet werden. Die Werkstoffauswahl fiel auf vergüteten Stahl, der auf einer Zirkoncarbidbeschichtung läuft. Damit das Triebwerk auch mit dieser Paarung lauffähig bleibt, müssen am Kolben-Buchse-Kontakt geometrische Änderungen vorgenommen werden: der bekannte Einlaufverschleiß wird bei der Verwendung der Hart-Hart-Paarung nicht mehr stattfinden können, so dass bereits vor der Montage der Triebwerksteile feine Konturen an Kolben und Buchse gefertigt werden müssen. Die Kenntnis über die benötigte Form und Größe der Konturen ist der Kern der Arbeit. In der vorliegenden Untersuchung wird deshalb zunächst simulativ ermittelt, welche Konturen an Kolben und Buchse den Schmierfilmaufbau begünstigen. Anschließend werden fertigungstechnische Aspekte erläutert. Zuletzt werden die beschichteten und konturierten Triebwerksteile an einem Einkolbenprüfstand sowie in einer vollständigen Axialkolbenmaschine getestet. Dabei zeigt sich, dass die Hart-Hart-Paarung die Belastungen erträgt und dass bei Verwendung günstiger Konturen auch geringe Steigerungen des Wirkungsgrads möglich sind. von Gels, Stefan
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