CH430626A - Adjustable hydraulic axial piston motor - Google Patents

Adjustable hydraulic axial piston motor

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CH430626A
CH430626A CH667764A CH667764A CH430626A CH 430626 A CH430626 A CH 430626A CH 667764 A CH667764 A CH 667764A CH 667764 A CH667764 A CH 667764A CH 430626 A CH430626 A CH 430626A
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hydraulic
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CH667764A
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Thum Helmut
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Thum Helmut
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Description

  

  Regelbarer     Hydraulik-Axialkolbemnotor       Bekannte regelbare     Hydraulik-Axialkolbenmotoren     sind durch ihren konstruktiven Aufbau nicht für grosse  Drehzahlbereiche bei konstanter Leistungsabgabe ge  eignet. Der Hauptgrund hierfür sind die sehr grossen  axialen Kolbenkräfte und die hierdurch bedingten Lager  belastungen der beweglichen Bauelemente. Die kon  struktive Ausbildung der Lagerungen in hydrostatischen  Kraft- und Arbeitsmaschinen, zu denen der     Hydraulik-          Axialkolbenmotor    gehört, ist bis heute über Wälz- und       hydronamische    Gleitlagerungen nicht hinausgekommen.

    Diese Lagerungen besitzen     einen    bestimmten Arbeits  uni     Lebensdauerbereich,    der von der jeweiligen     Gleit-          geschwindigkeit    und Belastung abhängig ist. Mit ihnen  ist es nicht möglich, einen     Hydraulik-Axialkolbenmotor     z. B. dauernd unter Höchstdruck innerhalb eines grossen  Drehzahlbereiches arbeiten zu lassen. Die Lebensdauer  des Motors würde hierbei sehr     stark    gemindert. Die  auftretenden Reibungskräfte bei niedrigen Drehzahlen  schränken ausserdem den     Drehzahlbereich    bei regel  baren Motoren beträchtlich ein und führen zu einer  Senkung des mechanischen Wirkungsgrades.

   Dieses gilt  auch für sogenannte      ausgeglichene     hydrostatische  Lagerungen, denn ein     Ausgleich    lässt sich niemals voll  kommen ausbilden.  



  Zur Drehzahlregelung wird bei den bekannten     Hy-          draulik-Axialkolbenmotoren    eine Taumel- oder Schräg  scheibe durch mechanische Organe verstellt. Hierdurch  wird das Hubvolumen der axial angeordneten Druck  zylinder und infolgedessen die Drehzahl des Motors,  bei konstanter     ölmengenzufuhr    von der Pumpe, ver  ändert. Durch die auf die Taumel- oder Schrägscheibe  wirkenden grossen Kolbenkräfte, insbesondere bei Hoch  druckmotoren, erfordern mechanische     Verstellorgane          einen    entsprechenden Konstruktionsaufwand. Ausser  dem sind derartige Organe für eine genaue und fein  fühlige Drehzahlregulierung durch die erforderlichen       Verstellkräfte    nicht geeignet.

   Durch     beide    genannten  Nachteile, die herkömmliche Art der Drehzahlregulie  rung und die herkömmlichen Lagerungen, sind also       Hydraulik-Axialkolbenmotoren    in ihrer Anwendung und    Ausnutzung starken Beschränkungen unterworfen. Die  Erfindung bezweckt, die Nachteile und Mängel der be  kannten Konstruktionen zu beseitigen.  



  Der erfindungsgemässe     Hydraulik-Axialkolbenmotor     ist gekennzeichnet durch eine fremdbetätigte - mit  der     Abtriebswelle    des Motors nicht gekoppelte - Ven  tilsteuerung und Drehzahlverstellung, gebildet aus einer  Steuereinheit mit Ventilen, Steuermotor und zugehöri  ger Steuerscheibe, in Verbindung mit Verwendung hy  drostatischer Lager zur Lagerung der beweglichen Bau  teile des Motors mit selbsttätiger Steuerung des Öl  druckes durch Belastung des Motors.  



  Zur Drehzahlsynchronisierung von zwei oder meh  reren Motoren kann auch     eine    gemeinsame Steuerein  heit verwendet werden, indem man diese durch Öl  leitungen mit den Motoren verbindet.  



  Der Steuermotor kann wahlweise ein marktübli  cher, regelbarer Hydraulik- oder Elektromotor sein.  Die konstruktive Form der     Ventile    kann zweckent  sprechend gewählt werden, z. B. Schieber-, Sitz- oder  Kombinationsventil.  



  Da der regelbare Steuermotor mit nur geringer Lei  stung, etwa 1 % der Leistung des zu regelnden     Hydrau-          likmotors,    ausgelegt werden muss, ergeben sich beson  dere Vorteile für Genauigkeitsantriebe wie z. B. im  Werkzeugmaschinenbau. Wenn die Antriebswelle des       Hydraulikmotors        beispielsweise    so ausgebildet wird,  dass sie zur     Hauptarbeitsspindel    einer Werkzeugma  schine wird, so ist der Vorteil in der Möglichkeit der  einfachen Realisierung einer Programmsteuerung der  Drehzahl unter Last und der Kompaktheit des Systems  zu sehen.  



  Hydrostatische Drucklager zur Aufnahme rotieren  der Radial- und     Axialkräfte    sind an sich bereits bekannt  und mit grossem Erfolg in den verschiedensten Ma  schinen eingesetzt worden. Werden derartige Lager  zweckentsprechend gestaltet, so können die Lagerrei  bung und der Verschleiss praktisch ausgeschaltet wer  den, da     Reibungskoeffizienten    von 0,0001 bis 0,000001  erreichbar sind. Die Konstruktion hydrostatischer      Drucklager ist     verhältnismässig    einfach. Betriebssichere  Ausführungen für schwankende Lagerkräfte und grosse  Drehzahlbereiche müssen jedoch mit einer     Steuerung     für das zugeführte Drucköl versehen werden.

   Bei     Kraft-          und    Arbeitsmaschinen ohne vorhandene Hydraulik fal  len entsprechende Kosten zur Betreibung hydrostatischer  Drucklager an, weshalb man bisher derartige Lagerun  gen auch hauptsächlich     bei    grösseren Maschinen ein  setzte. Da jedoch bei     Hydraulik-Axialkolbenmotoren    die  Hydraulik naturgemäss bereits vorhanden ist, sind sie  für den     Einsatz    von hydrostatischen Drucklagern her  vorragend geeignet.

   Dieses     gilt    in besonderem Masse  für regelbare     Hydraulikmotoren,    bei denen bekanntlich  die     ölschluckmenge    konstant bleibt und die für die  Lagerstellen des Motors benötigte     Ölmenge    dieser  zugeschlagen werden kann. Der     volumetrische    Wir  kungsgradeines solchen Motors wird durch diese Mass  nahme zwar etwas verringert, wodurch jedoch der me  chanische Wirkungsgrad durch die fast vollkommene  Beseitigung aller Reibungskräfte entsprechend vergrö  ssert wird.

   Da in hydrostatischen     Drucklagern    eine me  tallische     Berührung    der aufeinander gleitenden Teile  ausgeschlossen wird, tritt praktisch kein Verschleiss  ein, wodurch ihr     Einsatz    allein schon gerechtfertigt  wird. Ausserdem besitzen hydrostatische Drucklager  eine zehnmal grössere Schwingungsdämpfung als nor  male     hydronamische    Gleitlager und beste     Wälzlagerun-          gen.    Nachfolgend     wird        anhand    der Zeichnung     ein    Aus  führungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrie  ben.  



       Fig.    1 zeigt einen Längsschnitt durch den     Hydrau-          lik-Axialkolbenmotor.     



       Fig.    2 zeigt einen Querschnitt durch die Taumel  scheibe des Motors.  



       Fig.    3 zeigt     eine    Seitenansicht mit einem Teil  schnitt durch die Ventilsteuerung.  



       Fig.    4 zeigt einen vergrösserten Ausschnitt aus       Fig.    1 mit     Teilschnitten    durch die     Triebwerksteile    des  Motors unter besonderer Hervorhebung der hydrosta  tischen     Druckschmierung.     



       Fig.    5a bis d     zeigen    die statische Belastung der       Taumelscheibe,    und       Fig.    6a und b zeigen das     Hub-Drehzahlverhalten     des Motors bei konstanter Leistungsabgabe.  



  Der     Hydraulik-Axialkolbenmotor    besteht haupt  sächlich aus dem Gehäuse 1, der     Abtriebswelle    2,  den hydrostatischen     Drucklagern    3 und 4 zur Lagerung  der     Abtriebswelle,    der in Zapfen 5 gelagerten Taumel  scheibe 6, der Triebscheibe 7 mit Stützring 8 zur Füh  rung der kugelförmigen     Kolbenstange        nköpfe    9, den  Kolbenstangen 10 mit Kolben 11 und     Druckzylindern     12, den sphärischen Lagern zur Führung der Druck  zylinder bestehend aus den Büchsen 13 und den Innen  ringen 14, der hydrostatischen Lagerung 15 bis 23  für die Triebscheibe 7 und den     Kugelstangenköpfen    9,

    dem Rollenlager 24 mit     Führung    25 zur Verhinderung  des     Mitdrehens    der Triebscheibe 7, und der Steuerein  heit 26 mit den Steuerventilen 27, der Steuerscheibe 28  und dem Steuermotor 29.  



  Die     Abtriebswelle    2 ist vorn in einem     konischen     hydrostatischen Drucklager 3 gelagert, das     zur    gleich  zeitigen Aufnahme von Axial- und     Radialkräften    aus  gebildet wurde. Durch die konische Form des Lagers  wird erreicht, dass die sehr     grosse        Axialkraft    in Rich  tung auf das Lager, bestehend aus der Summe der  Kolbenkräfte, die     Abtriebswelle    2 gegenüber den klei  neren     Radialkomponenten    stets     selbständig    in der Lager-         mitte    hält.

   Hinten wird die     Abtriebswelle    2 in einem  hydrostatischen     Radialdrucklager    4     geführt.    Beide Lager  besitzen in den Gleitflächen mehrere Druckkammern  und     ölabführnuten,        entsprechend    der Form den Druck  kammern 22 und     ölabführnuten    23 der     Fig.    2 und 4.  Die Druckkammern werden mit der     Druckölzuführung     zum Motor durch Leitungen verbunden, d. h. der sta  tische Öldruck in den Druckkammern ist der gleiche wie  in den Druckzylindern 12 und entspricht somit der  jeweiligen Belastung des Motors.

   Hierdurch wird die       Lastaufnahmefähigkeit    der Lager 3 und 4 durch die  Belastung des Motors selbständig gesteuert.  



  Die     Taumelscheibe    6 ist nach     Fig.    1 und 2 dreh  bar in Zapfen 5 gelagert und dient zur Umwandlung  der     translatorischen    Bewegung der Kolben 11     in    eine  drehende Bewegung der     Abtriebswelle    2. Auf der Tau  melscheibe 6 befindet sich die Triebscheibe 7 zur  Übertragung der Kolbenkräfte. Die Triebscheibe 7 ist  lagerungsmässig das wichtigste und     höchstbeanpsruchte     Bauelement des Motors.

   Sie muss die grossen axialen  und radialen Komponenten der Kolbenkräfte     reibungs-          und    verschleissfrei auf die     Taumelscheibe    6 übertragen  und ausserdem Schwingungen der Ölsäulen in den  Druckzylindern 12 dämpfen und von der Übertragung  auf die     Taumelscheibe    fernhalten. Von ihrer konstruk  tiven Gestaltung sind Lebensdauer,     Drehzahlverstell-          barkeit    und Geräuschbildung des Motors weitgehend  abhängig. Daher wurde die Triebscheibe 7 vollkommen  mit hydrostatischen Drucklagern versehen. Das Grund  prinzip hydrostatischer Drucklager ist bekannt und  nicht mit hydrostatischen Druckausgleichen vergleich  bar.

   Bei letzteren bleiben immer Restkräfte, die eine  Berührung der aufeinander gleitenden Lagerflächen  nicht ausschliessen. Bei einem hydrostatischen Druck  lager werden jedoch durch den statischen Öldruck der       Druckkammern    die Gleitflächen voneinander abgeho  ben und ausschliesslich durch den Öldruck getragen.  Soll jedoch ein derartiges Lager betriebssicher bei Be  lastungsänderung arbeiten, so muss der Öldruck im  Rhythmus der Belastungsänderung variiert werden, d. h.  bei steigender Belastung muss der Öldruck in den Druck  kammern im gleichen Verhältnis erhöht werden.

   Bei der  Ausführung der Triebscheibe 7 wird gemäss der     Fig.    2  und 4 der     Druck    für die Druckkammern 18 der     axialen     Gleitfläche 17 und für die Druckkammern 22 der radia  len Gleitfläche 21 über Bohrungen 16 und 20 den Druck  kammern 15, die durch die hohlen Kolbenstangen 10  mit den Druckzylindern 12 verbunden sind, entnom  men. Da jedem Druckzylinder 12 eine axiale 18 und  radiale Druckkammer 22 in der Triebscheibe 7 zugeord  net ist,     wird    ohne zusätzliche Steuerorgane die Be  lastungsaufnahme am gesamten Umfang der Trieb  scheibenlagerung, durch den jeweiligen Arbeitsdruck  der Druckzylinder 12, automatisch gesteuert.

   Damit       sich    die einzelnen Druckkammern     untereinander    nicht  beeinflussen können, sind sie durch     ölabflussnuten    19  und 23 voneinander getrennt. Die     ölabflussnuten    19 und  23 voneinander getrennt. Die     ölabflussnuten    haben       gleichzeitig    die Aufgabe der schnellen Ölabführung des  zwischen den Gleitflächen 17 und 21     hindurchgepressten     Öles, zur Verhinderung     grösserer        Ölerwärmungen    bei  grossen     Gleitgeschwindigkeiten.     



  Die kugelförmigen     Kolbenstangenköpfe    9 und die  Druckzylinder 12 sind ebenfalls mit hydrostatischen  Drucklagern versehen     (Fig.    4). Zur Lagerung der     Kol-          benstangenköpfe    9 sind in der Triebscheibe 7     Kugel-          kalotten    eingearbeitet, die mit den Kolbenstangenköp-           fen    die Druckkammern 15 bilden.

   Zur Absicherung  gegen ein Hineindrücken der     Kolbenstangenköpfe    9  in die Druckkammern 15 werden die Durchmesser der       Kolbenstangenköpfe    gleich oder etwas grösser als die der  Kolben 11 ausgeführt, so dass durch den Differenzdruck  die     Kolbenstangenköpfe    9 dichtend gegen den Stützring  8 gedrückt werden. Durch diese Lagerung wird die  Druckbelastung der     Kolbenstangenköpfe    praktisch voll  kommen aufgehoben und Druckschwingungen der     Öl-          säule    in den Druckzylindern 12 durch das Ölpolster in  den Druckkammern 15 gedämpft. Die Druckzylinder 12  sind in sphärischen Lagern pendelnd angeordnet.

   Hier  durch werden Seitenkräfte auf die Kolben 11 ausgeschal  tet und durch die     phärischenLager    übernommen. Die  sphärischen Lager bestehen aus den Büchsen 13 und den  Innenringen 14     (Fig.    4). Die Innenringe 14 werden     strin-          seitig,    entgegen dem Rückdruck der Druckzylinder 12,  durch den vollen Öldruck des Motors     beaufschlagt.    Da  die Aussendurchmesser der Innenringe 14 gleich oder  etwas grösser als die der Kolben 11 sind, werden die  auf das sphärische Lager wirkenden     Axialkräfte    durch  den Öldruck statisch ausgeglichen.

   Das in     Fig.    4 einge  zeichnete Spiel zwischen den Büchsen 13 und den  Innenringen 14 ist zur Veranschaulichung     vergrössert     dargestellt.  



  Die     fremdbetätigte    Steuerung des     Hydraulikmotors     ist in     Fig.    1 in einem Anordnungsbeispiel dargestellt.  Sie besteht aus der Steuereinheit 26, die     sich    aus den  Steuerventilen 27, der Steuerscheibe 28 und dem Steuer  motor 29 zusammensetzt.  



  Die Drehzahlregelung des     Hydraulikmotors    erfolgt  dadurch, dass die Steuerventile 27 durch den Steuer  motor 29 und die Steuerscheibe 28 schneller oder lang  samer bewegt werden und die Kolben 11 diesem Be  wegungsrhythmus folgen müssen. Da das von der  Pumpe dem Motor zugeführte     Ölvolumen    Q pro Zeit  einheit nach     Fig.    6 konstant     bleibt,    müssen die Kolben  bei Drehzahländerungen ihren Hub H     zwangläufig     ändern. Bei dieser Hubänderung z.

   B. von Hl auf     H2     wird die Schräglage der Triebscheibe 7 und infolgedes  sen der Einstellwinkel a der drehbar in Zapfen 5 ge  lagerten     Taumelscheibe    6 von     a1    nach     a2        geändert.    Diese  Änderung erfolgt durch die Verlagerung des unteren       (U.T.)    und des oberen Totpunktes     (0.T.)    der Kolben  infolge Änderung der Zeitkonstante für den Zu- und  Ablauf des Drucköles zu den Druckzylindern 12. Wird  z.

   B. nach     Fig.    5d .das Ventil für den Druckkolben     K1    in       Ölrücklaufstellung    länger offengehalten, so entsteht an  der     Taumelscheibe    durch das Übergewicht der Kolben  kräfte     P4,    P;, und     P6    ein Drehmoment     M,1,    das die       Taumelscheibe    in der eingezeichneten Pfeilrichtung auf  einen grösseren Winkel a einstellt.

   Unterstützt wird  dieser     Verstellungsvorgang    nach     Fig.    5c dadurch, dass  auch das Ventil für den Kolben K6 länger offen gehal  ten, der Öldruck den Kolben länger     beaufschlagt    und  infolgedessen der obere Totpunkt     (0.T.)        ebenfalls    ver  schoben wird. Hieraus ist ersichtlich, dass bei langsamer  bewegten Ventilen der Hub H und der     Taumelschei-          benwinkel    a     vergrössert    und bei schneller bewegten  Ventilen verkleinert wird.

   Da die Bewegungsgeschwin  digkeit der Ventile durch die Drehzahl des Steuermotors  29 bestimmt wird, kann die     Abtriebsdrehzahl    des       Hydraulikmotors    durch den Steuermotor geregelt wer  den. Analog muss zur Einhaltung einer konstanten       Abtriebsdrehzahl    der Hub H der Kolben 11 bzw. der  Einstellwinkel a der     Taumelscheibe    6 konstant gehal-         ten    werden. Hierzu müssen nach     Fig.    5a bis d die auf  die drehbar in Zapfen 5 gelagerte     Taumelscheibe    6  wirkenden Kolbenkräfte K1 bis K6 diese statisch im  Gleichgewicht halten.

   Zum Nachweis des statischen  Gleichgewichtes wurden in den     Fig.    5a bis d vier  relative Stellungen der sich drehenden     Taumelscheibe     zu den angreifenden Kolbenkräften gezeichnet. Die       druckbeaufschlagten    Kolben sind durch volle, schwarze  Kreise gekennzeichnet. In     Fig.    5a befindet sich der  Kolben K1 im unteren Totpunkt (U. T.), und das zuge  hörige Steuerventil ist für beide Strömungsrichtungen  geschlossen, d. h. es kann weder Öl zu- noch abströmen.

    Die Drehmomente aus den Kolbenkräften     P.1,        P5    und     P6     in     bezug    auf den Drehzapfen überwiegen gegenüber  den Kolbenkräften     P2    und     P3.    Hierdurch bildet sich  in Pfeilrichtung ein resultierendes Drehmoment     M,1,     das die     Taumelscheibe    zu verstellen versucht. Diesem  Drehmoment wirkt aber eine theoretisch unendlich  grosse Kraft     P1    in Form der zwischen Kolben und  geschlossenem Ventil eingespannten Ölsäule entgegen.       Ma    ist also nicht in der Lage, die     Taumelscheibe    zu  verstellen.  



  In der     Fig.    5b haben sich die Kolbenkräfte um den  Winkel     cp/4    gegenüber den Drehzapfen der Taumel  scheibe weiterbewegt. In dieser Stellung herrscht sta  tisches Gleichgewicht, da die     ober-    und unterhalb des  Drehzapfens angreifenden Kräfte     P1    bis     P6    kein Dreh  moment bilden.  



  In den     Fig.    5c und d herrschen analoge Gleich  gewichtsverhältnisse wie in den beschriebenen Stellun  gen der     Fig.    5a und b, d. h. auch hier ist eine Ver  stellung der     Taumelscheibe    nicht möglich, und die ein  mal eingestellte Schräglage der     Taumelscheibe    bleibt  bei konstanten Drehzahlen erhalten. Lediglich zwischen  den vier abgebildeten Stellungen herrscht theoretisch  eine     kleine        Momentenungleichförmigkeit,    die aber so  gering ist, dass sie normalerweise durch das Reibmo  ment der Drehzapfen ausgeglichen wird.

   Ein Ausgleich  wird ausserdem     zusätzlich    durch Drosselung des     Öl-          stromes    vor den unteren und oberen Totpunkten der  Kolben durch entsprechende Ausbildung der Ventile  oder der Steuerscheibe erreicht.



  Controllable hydraulic axial piston motors Known controllable hydraulic axial piston motors are not suitable for large speed ranges with constant power output due to their structural design. The main reason for this is the very large axial piston forces and the resulting bearing loads on the moving components. The constructive training of the bearings in hydrostatic engines and machines, to which the hydraulic axial piston motor belongs, has not got beyond roller and hydronic plain bearings to this day.

    These bearings have a certain working and service life range, which depends on the respective sliding speed and load. With them it is not possible to use a hydraulic axial piston motor z. B. to work continuously under maximum pressure within a large speed range. The service life of the engine would be greatly reduced. The frictional forces that occur at low speeds also limit the speed range in controllable motors considerably and lead to a reduction in mechanical efficiency.

   This also applies to so-called balanced hydrostatic bearings, because a compensation can never be fully developed.



  In the known hydraulic axial piston motors, a swash plate or swash plate is adjusted by mechanical elements for speed control. As a result, the displacement of the axially arranged pressure cylinder and, as a result, the speed of the motor, with constant oil supply from the pump, changes ver. Due to the large piston forces acting on the swashplate or swashplate, especially in the case of high-pressure engines, mechanical adjusting elements require a corresponding design effort. In addition, such organs are not suitable for precise and sensitive speed regulation through the necessary adjustment forces.

   Due to both of the disadvantages mentioned, the conventional type of speed regulation and the conventional bearings, hydraulic axial piston motors are therefore subject to severe restrictions in their application and utilization. The invention aims to eliminate the disadvantages and shortcomings of the known constructions.



  The hydraulic axial piston motor according to the invention is characterized by an externally operated - with the output shaft of the motor not coupled - valve control and speed adjustment, formed from a control unit with valves, control motor and associated control disc, in conjunction with the use of hy drostatic bearings to support the moving construction parts of the engine with automatic control of the oil pressure due to the load on the engine.



  A common control unit can also be used to synchronize the speed of two or more motors by connecting them to the motors with oil lines.



  The control motor can optionally be a commercially available, controllable hydraulic or electric motor. The structural shape of the valves can be appropriately chosen, for. B. slide, seat or combination valve.



  Since the controllable control motor has to be designed with only low power, about 1% of the power of the hydraulic motor to be controlled, there are special advantages for precision drives such as B. in machine tool construction. If the drive shaft of the hydraulic motor is designed, for example, so that it becomes the main work spindle of a machine tool, the advantage is the possibility of simple implementation of a program control of the speed under load and the compactness of the system.



  Hydrostatic thrust bearings rotate to absorb the radial and axial forces are already known per se and have been used with great success in a wide variety of machines. If such bearings are designed appropriately, the Lagerrei environment and wear can be practically turned off who, since coefficients of friction from 0.0001 to 0.000001 can be achieved. The construction of hydrostatic thrust bearings is relatively simple. Reliable designs for fluctuating bearing forces and large speed ranges must, however, be provided with a control for the pressure oil supplied.

   In the case of prime movers and work machines without existing hydraulics, the corresponding costs for operating hydrostatic pressure bearings are incurred, which is why so far such bearings have been used mainly in larger machines. However, since the hydraulics are already naturally present in hydraulic axial piston motors, they are ideally suited for the use of hydrostatic pressure bearings.

   This applies in particular to controllable hydraulic motors in which, as is known, the amount of oil absorbed remains constant and the amount of oil required for the motor's bearing points can be added to the motor. The volumetric efficiency of such a motor is reduced somewhat by this measure, but the mechanical efficiency is increased accordingly by the almost complete elimination of all frictional forces.

   Since in hydrostatic pressure bearings metallic contact between the parts sliding on each other is excluded, practically no wear occurs, which in itself justifies their use. In addition, hydrostatic thrust bearings have vibration damping ten times greater than normal hydronic plain bearings and the best rolling bearings. An exemplary embodiment of the subject of the invention is described below with reference to the drawing.



       1 shows a longitudinal section through the hydraulic axial piston motor.



       Fig. 2 shows a cross section through the swash plate of the motor.



       Fig. 3 shows a side view with a part cut through the valve control.



       Fig. 4 shows an enlarged section from Fig. 1 with partial sections through the engine parts of the engine with special emphasis on the hydrostatic pressure lubrication tables.



       Fig. 5a to d show the static load on the swash plate, and Fig. 6a and b show the stroke-speed behavior of the motor with constant power output.



  The hydraulic axial piston motor consists mainly of the housing 1, the output shaft 2, the hydrostatic pressure bearings 3 and 4 for mounting the output shaft, the swash plate 6 mounted in pin 5, the drive disk 7 with support ring 8 to guide the spherical piston rods 9 , the piston rods 10 with pistons 11 and pressure cylinders 12, the spherical bearings for guiding the pressure cylinder consisting of the sleeves 13 and the inner rings 14, the hydrostatic bearing 15 to 23 for the drive pulley 7 and the ball rod heads 9,

    the roller bearing 24 with a guide 25 to prevent the drive pulley 7 from rotating, and the control unit 26 with the control valves 27, the control disk 28 and the control motor 29.



  The output shaft 2 is supported at the front in a conical hydrostatic pressure bearing 3, which was formed to simultaneously absorb axial and radial forces. The conical shape of the bearing ensures that the very large axial force in the direction of the bearing, consisting of the sum of the piston forces, always holds the output shaft 2 independently in the center of the bearing with respect to the smaller radial components.

   At the rear, the output shaft 2 is guided in a hydrostatic radial pressure bearing 4. Both bearings have several pressure chambers and oil discharge grooves in the sliding surfaces, corresponding to the shape of the pressure chambers 22 and oil discharge grooves 23 of FIGS. 2 and 4. The pressure chambers are connected to the pressurized oil supply to the engine by lines, d. H. the static oil pressure in the pressure chambers is the same as in the pressure cylinders 12 and thus corresponds to the respective load on the engine.

   As a result, the load-bearing capacity of the bearings 3 and 4 is controlled automatically by the load on the motor.



  The swash plate 6 is rotatably mounted in pin 5 according to FIGS. 1 and 2 and serves to convert the translational movement of the piston 11 into a rotating movement of the output shaft 2. On the swash plate 6 is the drive plate 7 for transmitting the piston forces. The drive pulley 7 is the most important and highly stressed component of the engine in terms of storage.

   It must transmit the large axial and radial components of the piston forces to the swash plate 6 without friction and wear and also dampen vibrations of the oil columns in the pressure cylinders 12 and keep them away from the transfer to the swash plate. The service life, speed adjustability and noise generation of the motor are largely dependent on their design. Therefore, the drive pulley 7 was completely provided with hydrostatic pressure bearings. The basic principle of hydrostatic pressure bearings is known and cannot be compared with hydrostatic pressure equalization.

   With the latter, there are always residual forces that do not exclude contact between the sliding bearing surfaces. In the case of a hydrostatic pressure bearing, however, the sliding surfaces are lifted apart from one another by the static oil pressure of the pressure chambers and are borne exclusively by the oil pressure. However, if such a bearing is to work reliably when there is a change in load, the oil pressure must be varied in line with the change in load; H. as the load increases, the oil pressure in the pressure chambers must be increased in the same proportion.

   In the execution of the drive pulley 7, according to FIGS. 2 and 4, the pressure for the pressure chambers 18 of the axial sliding surface 17 and for the pressure chambers 22 of the radial sliding surface 21 via bores 16 and 20, the pressure chambers 15, which are passed through the hollow piston rods 10 are connected to the pressure cylinders 12, men removed. Since each pressure cylinder 12 is an axial 18 and radial pressure chamber 22 in the drive pulley 7 zugeord net, the loading is without additional control elements, the loading disc storage on the entire circumference of the drive, automatically controlled by the respective working pressure of the pressure cylinder 12.

   So that the individual pressure chambers cannot influence one another, they are separated from one another by oil drainage grooves 19 and 23. The oil drainage grooves 19 and 23 are separated from each other. The oil drainage grooves simultaneously have the task of quickly draining the oil that has been pressed through between the sliding surfaces 17 and 21, in order to prevent the oil from heating up at high speeds at high sliding speeds.



  The spherical piston rod heads 9 and the pressure cylinders 12 are also provided with hydrostatic pressure bearings (FIG. 4). For mounting the piston rod heads 9, spherical caps are incorporated in the drive pulley 7, which form the pressure chambers 15 with the piston rod heads.

   To protect against the piston rod heads 9 being pushed into the pressure chambers 15, the diameter of the piston rod heads are made equal to or slightly larger than those of the pistons 11, so that the piston rod heads 9 are pressed sealingly against the support ring 8 by the differential pressure. As a result of this mounting, the pressure load on the piston rod heads is practically completely eliminated and pressure oscillations of the oil column in the pressure cylinders 12 are dampened by the oil cushion in the pressure chambers 15. The pressure cylinders 12 are arranged in a pendulum fashion in spherical bearings.

   In this way, lateral forces on the pistons 11 are switched off and taken over by the spherical bearings. The spherical bearings consist of the sleeves 13 and the inner rings 14 (Fig. 4). The inner rings 14 are acted upon on the inward side by the full oil pressure of the engine against the back pressure of the pressure cylinders 12. Since the outer diameter of the inner rings 14 is the same as or slightly larger than that of the pistons 11, the axial forces acting on the spherical bearing are statically balanced by the oil pressure.

   The in Fig. 4 is drawn game between the sleeves 13 and the inner rings 14 is shown enlarged for illustration.



  The externally operated control of the hydraulic motor is shown in FIG. 1 in an example arrangement. It consists of the control unit 26, which is composed of the control valves 27, the control disc 28 and the control motor 29.



  The speed control of the hydraulic motor takes place in that the control valves 27 are moved faster or slower by the control motor 29 and the control disk 28 and the pistons 11 have to follow this movement rhythm. Since the oil volume Q supplied by the pump to the motor per unit time according to FIG. 6 remains constant, the pistons must necessarily change their stroke H when the speed changes. With this change in stroke z.

   B. from Hl to H2, the inclination of the drive pulley 7 and infolgedes sen the setting angle a of the swash plate 6 rotatably mounted in pin 5 GE changed from a1 to a2. This change takes place by shifting the lower (U.T.) and the upper dead center (0.T.) of the pistons as a result of changing the time constant for the inflow and outflow of the pressure oil to the pressure cylinders 12. If z.

   B. According to Fig. 5d. The valve for the pressure piston K1 is kept open longer in the oil return position, so arises on the swash plate by the preponderance of the piston forces P4, P; and P6 a torque M, 1, which the swash plate in the direction of the arrow sets a larger angle a.

   This adjustment process according to FIG. 5c is supported by the fact that the valve for the piston K6 is also kept open for a longer period, the oil pressure is applied to the piston for a longer period and, as a result, the top dead center (0.T.) is also shifted. It can be seen from this that the stroke H and the swash plate angle a are increased when the valves move more slowly and are reduced when the valves move faster.

   Since the movement speed of the valves is determined by the speed of the control motor 29, the output speed of the hydraulic motor can be regulated by the control motor. Similarly, in order to maintain a constant output speed, the stroke H of the piston 11 or the setting angle α of the swash plate 6 must be kept constant. For this purpose, according to FIGS. 5a to d, the piston forces K1 to K6 acting on the swash plate 6 rotatably mounted in pin 5 must keep them statically in equilibrium.

   To demonstrate the static equilibrium, four relative positions of the rotating swash plate to the acting piston forces were drawn in FIGS. 5a to d. The pressurized pistons are indicated by solid black circles. In Fig. 5a, the piston K1 is at bottom dead center (U. T.), and the associated control valve is closed for both directions of flow, d. H. oil can neither flow in nor flow out.

    The torques from the piston forces P.1, P5 and P6 with respect to the pivot outweigh the piston forces P2 and P3. This creates a resulting torque M, 1 in the direction of the arrow, which the swash plate tries to adjust. A theoretically infinitely large force P1 in the form of the oil column clamped between the piston and the closed valve counteracts this torque. So Ma is unable to adjust the swash plate.



  In Fig. 5b, the piston forces have moved by the angle cp / 4 with respect to the pivot pin of the swash plate. In this position there is static equilibrium, since the forces P1 to P6 acting above and below the pivot do not form any torque.



  In FIGS. 5c and d, there are similar equilibrium conditions as in the described positions of FIGS. 5a and b, d. H. Here, too, it is not possible to adjust the swashplate, and the inclined position of the swashplate once set is retained at constant speeds. Theoretically, there is only a small torque irregularity between the four positions shown, but this is so small that it is normally compensated for by the friction torque of the pivot pin.

   Compensation is also achieved by throttling the oil flow in front of the bottom and top dead centers of the pistons by means of appropriate design of the valves or the control disc.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Hydraulik-Axialkolbenmotor, gekennzeichnet durch eine fremdbetätigte - mit der Abtriebswelle (2) des Motors nicht gekoppelte - Ventilsteuerung und Dreh zahlverstellung, gebildet aus .einer Steuereinheit (26) mit Ventilen (27), Steuermotor (29) und zugehöriger Steuer scheibe (28), in Verbindung mit Verwendung hydrosta tischer Drucklager (3, 4) zur Lagerung der beweglichen Bauteile des Motors, mit selbsttätiger Steuerung des Öldruckes durch Belastung des l1Vlotors. UNTERANSPRÜCHE 1. Hydraulik-Axialkolbenmotor nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckzylinder (12) pendelnd in sphärischen Lagern (13, 14) angeord net ist. PATENT CLAIM Hydraulic axial piston motor, characterized by an externally operated valve control and speed adjustment - not coupled to the output shaft (2) of the motor, formed from a control unit (26) with valves (27), control motor (29) and associated control disc (28 ), in connection with the use of hydrostatic thrust bearings (3, 4) to support the moving parts of the engine, with automatic control of the oil pressure by loading the l1Vlotors. SUBClaims 1. Hydraulic axial piston motor according to patent claim, characterized in that the pressure cylinder (12) oscillating in spherical bearings (13, 14) is angeord net. 2. Hydraulik-Axialkolbenmotor nach Patentan spruch und Unteranspruch 1, gekennzeichnet durch die konische Form des vorderen, Axial- und Radialkräfte aufnehmenden, hydrostatischen Drucklagers (3). 3. Hydraulik-Axialkolbenmotor nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 und 2, gekennzeich- net durch selbsttätige Steuerung des Öldruckes im Lager (3) durch die Belastung des Hydraulikmotors. 4. 2. Hydraulic axial piston motor according to claim and dependent claim 1, characterized by the conical shape of the front, axial and radial forces absorbing, hydrostatic pressure bearing (3). 3. Hydraulic axial piston motor according to claim and dependent claims 1 and 2, marked by automatic control of the oil pressure in the bearing (3) by the load on the hydraulic motor. 4th Hydraulik-Amalkolbenmotor nach Patentan spruch und den Unteransprüchen 1 bis 3, gekennzeich net durch Anordnung einer gemeinsamen, drehzahl- synchronisierenden Steuereinheit für zwei und mehr Steuermotoren (29), welche mit letzteren durch öllei- tungen verbunden ist. Hydraulic Amal piston motor according to patent claim and dependent claims 1 to 3, characterized by the arrangement of a common, speed-synchronizing control unit for two or more control motors (29), which is connected to the latter by oil lines.
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WO1983001816A1 (en) * 1981-11-16 1983-05-26 Gerhard Brandl Oil pump with oscillating piston
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