Untersuchung des Bewegungsverhaltens schräggestellter Kolben in Schwenkscheibenmaschinen

Von:

Nils Vatheuer

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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem tribologischen Verhalten des Arbeitskolbens von hydrostatischen Axialkolbenmaschinen in Schwenkscheibenbauweise. Die Kolben können dabei parallel oder schräg zur Antriebsachse angeordnet sein. Die Schrägstellung des Kolbens weist unter anderem den Vorteil einer geänderten Kolbentrommel auf, so dass ein verbessertes Ansaugverhalten realisiert werden kann. In einer analytischen Betrachtung wird das kinematische Verhalten des Kolbens hergeleitet. Ebenso wird der Einfluss der Kolbenschrägstellung auf die dynamischen Auswirkungen wie die Flieh- und Corioliskraft aufgezeigt. Hierbei wird deutlich, dass das Bewegungsverhalten des Kolbens komplexen kinematischen Beziehungen unterliegt und somit eine einfache Beschreibung des realen Verhaltens mit Messungen validiert werden muss. Zur Validierung wurde ein für die Aufgabe modifizierter und erprobter Prüfstand eingesetzt. Die Messungen wurden bei verschiedenen Betriebsparametern durchgeführt, wobei hier insbesondere der Einfluss einer variierenden Kolbenschrägung von Interesse war. Es wird gezeigt, dass die Triebwerksgeometrie und die Betriebsparameter großen Einfluss auf die Relativbewegung im Kugelgelenk zwischen Kolben und Gleitschuh und somit auch auf das Rotationsverhalten des Kolbens in der Buchse haben. Das Verhalten äußert sich in Schlupf, welcher detailliert über die verschiedenen Bereiche des Kolbenhubes dargestellt und diskutiert wird. Eine weitere wichtige Erkenntnis ist, dass eine Schrägstellung des Kolbens zu einer Verbesserung des Reibverhaltens in der Buchse führen kann. Dass diesem positiven Verhalten auch Grenzen gesetzt sind, wird durch Messungen bei höherem Schrägungswinkel angedeutet.