DE1030683B

DE1030683B - Hydrostatische Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE1030683B
Application number: DEE7755A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Ebert
Original assignee: HEINRICH EBERT DR ING
Current assignee: HEINRICH EBERT DR ING
Priority date: 1953-08-31
Filing date: 1953-08-31
Publication date: 1958-05-22
Also published as: CH322757A; US2875701A; FR1106980A

Description

Hydrostatische Kolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine als Pumpe oder Me#tor verwendbare hydrostatische Kolbenmaschine mit zwei einander gegenüberliegenden und zueinander geneigten Zylindertrommeln, die fest oder schwenkbar zueinander angeordnet sein können und von denen jede zwecks Steuerung der Flüssigkeitsströmung mit--je einen axial - zur Zylindertrommelachse» wirkenden Steuerspiegel zusammenarbeitet und von denen jede die gleiche Anzahl von parallel oder etwa -parallel zur Richtung der Zylindertrommelachse- verschiebbar wirkenden Kolben enthält und jeweils zwei gegenüberliegende; gleichzeitig drückende oder saugende Kolben mit - einer in - zwei Lagern gelagerten Triebwelle zusammenwirken. - -Die entgegengesetzt zueinander auf die Triebwelle arbeitenden Kolben und die Achsen der--sich' drehenden Zylindertrommeln schließen einen von Null abweichenden Winkel- ein, der fest oder- veränderlich sein kann. -Bei einer derartigen Anordnung werden die- auf die Lager der Triebwelle in Richtung der Triebwellenachse wirkenden Kolbenkraftkomponenten und die aus den Kolbenkräften resultierenden, senkrecht zur Triebwellenachse wirkenden Momentenvektdren -ganz oder nahezu ausgeglichen bzw. Null.
Bei den Kolbenmaschinen dieser Art, die als hydrostatische Pumpen oder als hydrostatische Motoren verwendet werden und-bei denen die beiden Trommeln ,in> bezug auf die von ihnen geförderte oder aufgenommene Arbeitsflüssigkeit parallel zueinander gesteuert bzw. geschaltet sind, werden die Zylinderräume der einzelnen Trommeln durch je- einen Steuerspiegel in bekannter Weise von der Druckseite auf die Saugseite gesteuert.
Hierbei ergeben sich insbesondere bei Hochdruckmaschinen unangenehme Stöße auf die Triebwellenlager und die Triebwelle in- hin- und hergehender Richtung, und zwar deshalb, weil die Umschaltung zweier entgegengesetzt zueinander arbeitender Kolben von der Saugseite auf die Druckseite und umgekehrt infolge von Ungenauigkeiten der Steuerkanten der beiden Kolbentrommeln sowie ihrer beiden Steuerspiegel zeitlich nicht genau zur selben Zeiterfolgt.
Um diese Nachteile und Störungen zu beseitigen und um andererseits die Steuerorgane derartiger Maschinen mit geringerer Genauigkeit und damit auch billiger herstellen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Zylinderräume je zweier zusammenarbeitender und in bezüg auf die Triebwelle gegenüberliegender Kolben über Bohrungen in den Kolben, in den Pleueln, -in der Triebwelle sowie in sämtlichen Zwischengliedern des Triebmechanismus dauernd miteinander in Verbindung stehen.
Es ist ein hydrostatischer Axialkolbenmotor bekannt mit einer Schiefscheibe, die zu einer zu der Triebwellenachse senkrechten Ebene syrrimetrisch ist und mit ihren beiden Seiten auf die gegenläufigen Kolben je einer zur Triebwellenachse senkrecht angeordneten feststehenden Kolbentrommel einwirkt. Die Steuerung des Druckmittelzuflusses erfolgt durch Steuerkanäle zwischen den Kolbentrommeln und der sich in den Kolbentrommeln drehenden Welle. Die Steuerung des Abflusses erfolgt durch die zu- diesem Zweck hohl ausgebildeten Kolben über ebenfalls hohle, halbkugelförmige Lagerklötze, die auf der mit Kreisringausschnitten versehenen Oberfläche der Schiefscheibe gleiten. Die sich gegenüberliegenden Vertiefungen auf beiden Seiten der Schiefscheibe sind miteinander 'verbunden. Es besteht also keine dauernde Verbindung zwischen den Zylinderräumen jeweils zweier gegenläufig zusammenarbeitender Kolben, sondern dieZylinderräumekommenjeweils erst imAugen--blick des Aufsteuerns des Abflußweges miteinander-in Verbindung. Da sowohl druckseitig als auch -abflugseitig jede Kolbentrommel einzeln für sich gesteuert wird, weist die bekannte Maschine die eingangs geschilderten Mängel in verstärktem Maße auf.
Bei der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine wird für die Fälle, in denen die Kolben der zweiten Trommel mehr oder weniger lediglich zum Ausgleich der Axialkraftkomponenten herangezogen werden und, wenn überhaupt, nur wenig Arbeitsflüssigkeit fördern, vorgeschlagen, den zweiten Steuerspiegel wegzulassen und die Kolben der zweiten Zylindertrommel über die erfindungsgemäßen Verbindungsbohrungen vom ersten Steuerspiegel mitzusteuern.
Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Abb. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Kolbenmäschine gemäß der Erfindung Abb. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform -der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine im Schnitt.
In Abb. 1 wirken die in den Zylinderbohrungen 'l und 2 der Trommeln 3 und 4 axial verschiebbar gelagerten Kolben 5 und 6 über die kugelig angelenkten Pleuelstangen 7 und 8 auf die Triebwelle 9. Die Triebwelle 9 ist in den Lagern 10 und 11 drehbar gelagert. Die Lager sind in den Gehäusehälften 12 und 12' auf die Triebwelle so ein- bzw. aufgeschoben, daß sie die Triebwelle in axialer Richtung fixieren. Die Gehäusehälften sind an ihren Enden in bekannter Weise als Steuerspiegel ausgebildet und dementsprechend mit in der Ansicht nicht näher gezeichneten nierenförmigen Aussparungen 13 und 13' sowie 14 und 14' versehen, die hier nur gestrichelt im Schnitt angedeutet sind. Die hinter der Zeichenebene liegenden Aussparungen 13 und 14 seien mit der Druckleitung und die vor der Zeichenebene liegenden Aussparungen 13' und 14' seien mit der Saugleitung verbunden. Von diesen Aussparungen aus werden die Zylinderräume 1 und 2 in bekannter Weise durch die am Ende jeder Zylinderbohrung im Trommelboden angebrachten Durchbrüche 15 und 16 von der Druckseite auf die Saugseite geschaltet, wenn sich die Trommeln, die auf dem Steuerspiegel und in den Gehäusehälften drehbar gelagert sind, drehen. Die Trommeln sind hierzu über hier nicht gezeichnete Gleichlaufgelenke bekannter Art mit der Triebwelle verbunden, so daß sie von der Triebwelle mitgedreht werden.
Die beiden Trommelachsen schließen in der gezeichneten Stellung etwa einen Winkel von 30° ein.
Die Pleuelstangenkugelköpfe sind kolbenseitig direkt in den Kolben gelagert, während sie triebwellenseitig in entsprechenden Kugelpfannen 17 und 18 ruhen. Gemäß der Erfindung sind sowohl die Kolben als auch die Pleuelstangen sowie die Kugelpfannen und die Triebwelle mit Bohrungen 19 versehen, so daß die Zylinderräume 1 und 2 je zweier gegenüberliegender und zusammenarbeitender Kolben ständig miteinander verbunden bleiben.
Die von den Kolben zweier gegenüberliegender Zylinderbohrungen ausgeübten Kräfte ändern sich dadurch beim übergang von der Saugseite zur Druckseite schlagartig zur gleichen Zeit, ganz unabhängig davon, ob die eine Steuerseite etwas früher oder später oder auch umgekehrt schaltet, so daß bei einigermaßen ausgeglichenen Axialkomponenten der Kolbenkräfte in Richtung der Triebwellenachse größere unausgeglichene Kräfte nicht, und zwar auch nicht kurzzeitig, auf die Triebwelle wirken können.
Die Triebwelle ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel schließlich noch mit einer Verzahnung 20 versehen, die mit dem auf der An- oder Abtriebswelle 21 aufgekeilten Zahnrad 22 kämmt. Die Welle 21 ist in entsprechenden Bohrungen der Gehäusehälften 12 und 12' drehbar gelagert, die in einer hier nicht dargestellten Weise zusammengeschraubt sind.
In Abb. 2 ist eine weitere Kolbenmaschine der erwähnten Art im Schnitt dargestellt, bei der im Gegensatz zur Ausführungsform nach Abb. 1 die Trommel 3 zentrisch zur Triebwelle 9 und die Trommel 4 auf einem Rahmen 12' und zusammen mit diesem schwenkbar angeordnet ist.
Die Trommel 3 ist auch hier auf einem im Gehäuse 12 vorgesehenen Steuerspiegel sowie im Gehäuse 12 drehbar gelagert. Sie wird von der durch sie hindurchgehenden Triebwelle 9 durch einen hier nicht gezeichneten Mitnahmestift mitgedreht, so daß auch hier wie in Abb. 1 ihre Zylinderräume 1 von den Aussparungen 13 und 13' her über die am Ende einer jeden Zylinderbohrung im Trommelboden angebrachten Durchbrüche 15 von der Druckseite auf die Saugseite geschaltet werden. Da sich hierbei die Kolben 5 kaum bewegen müssen, weil sie hier weniger zum Fördern von Arbeitsflüssigkeit als vielmehr lediglich zum Kräfteausgleich herangezogen werden, sind sie entsprechend kurz ausgeführt. Desgleichen sind die in ihnen gelagerten Pleuelstangen 7 hier nur einseitig mit einem Halbkugelkopf ausgeführt, während ihre andere Seite nur plan geschliffen ist und direkt auf die Triebwelle 9 wirkt.
Die Triebwelle 9 ist hier lediglich durch das Lager 10 axial fixiert, während das Lager 11 als Rollenlager ausgebildet ist. Sie erstreckt sich hier, wie schon erwähnt, durch die Trommel 3 hindurch, so daß sie direkt von außen angetrieben werden kann.
Demgegenüber ist die rechte Trommel einschließlich ihrer Kolben, Pleuelstangen und Kugelpfannen genauso, wie in Abb. 1 dargestellt, ausgeführt. Sie ist lediglich statt in der festen Gehäusehälfte 12' auf einem schwenkbaren Rahmen 12' drehbar gelagert, wobei sie ebenso über hier nicht gezeichnete Gleichlaufgelenke von der Triebwelle 9 mitgenommen wird. Die Aussparungen 14 sind auch bei dieser Schwenkausführung in bekannter Weise mit den Aussparungen 13 und der Druckleitung, die Aussparung 14' mit der Aussparung 13' und der Saugleitung verbunden.
Gemäß der Erfindung sind auch hier die Kolben 5 und 6, die Pleuel 7 und 8, die Kugelpfannen 18 sowie die Triebwelle mit Bohrungen 19 versehen, so daB auch hier die Zylinderräume 1 und 2 je zweier gegenüberliegender und zusammenarbeitender Kolben ständig über diese Bohrungen miteinander verbunden bleiben und damit die beabsichtigten Wirkungen erzielt werden.
Da im vorliegenden Fall .die Kolben 5 nur zum Kräfteausgleich bzw. zur axialen Entlastung des Lagers 10 dienen und in dieser Eigenschaft praktisch keine Arbeitsflüssigkeit fördern, muß über die Durchbrüche 15 und Aussparungen 13 bzw. 13' keine Flüssigkeit fließen. Bei Vorhandensein der Bohrungen 19 kann deshalb in diesem Fall der Anschluß der Aussparungen 13 bzw. 13' an die Druck- bzw. Saugleitung auch wegfallen, was in bezug auf die Herstellung eine Vereinfachung bedeutet.
Darüber hinaus können aber selbst die Aussparungen 13 und 13' wegbleiben, und, falls erwünscht, können erfindungsgemäß sogar die Durchbrüche 15 durch kleinere Bohrungen ersetzt werden, wenn an deren Stelle auf der dem Steuerspiegel zugekehrten Seite des Trommelbodens der Trommel 3 den vorherigen Durchbrüchen in bezug auf die Flächengröße gleichwertige Ausfräsungen von geringerer Tiefe treten.
Die Steuerung bzw. das Umschalten der Zylinderräume 1 und 2 von Druck- auf Saugseite und umgekehrt kann deshalb nur von einer Seite aus, d. h. von der Steuerung bzw. Steuerfläche der Trommel 4 aus erfolgen, was erfindungsgemäß festgehalten werden soll.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Als Pumpe oder Motor verwendbare hydrostatische Kolbenmaschine mit zwei einander gegenüberliegenden und zueinander geneigten Zylindertrommeln, die fest oder schwenkbar zueinander angeordnet sein können und von denen jede zwecks Steuerung dar Flüssigkeitsströmung mit je einem axial zur Zylindertrommelachse wirkenden ebenen Steuerspiegel zusammenarbeitet und von denen jede die gleiche Anzahl von parallel oder etwa parallel zur Richtung der Zylindertrommelachse verschiebbar wirkenden Kolben enthält und jeweils zwei gegenüberliegende, gleichzeitig drükkende oder saugende Kolben mit einer in zwei Lagern gelagerten Triebwelle zusammenwirken. dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderräume (l und 2) je zweier zusammenarbeitender und in bezug auf die Triebwelle (9) gegenüberliegender Kolben (5 und 6) über Bohrungen. (19) in den, Kolben (5 und 6), in den Pleueln (7 und 8), in der Triebwelle (9) sowie in sämtlichen Zwischengliedern des Triebmechanismus dauernd miteinander in Verbindung stehen.
2. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Aussparungen (14 bzw. 14') mit der Druck- bzw. Saugleitung in Verbindung stehen, so daß die Zylinderräume (1) und die Aussparungen (13 bzw. 13') nur über die Bohrungen (19) und im letzteren Fall noch über die Durchbrüche (15) mit der Druck- bzw. Saugleitung in Verbindung stehen.
3. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein der Durchbrüche (15) die Aussparungen (13 und 13') entfallen.
4. Hvdrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche (15) durch kleinere Bohrungen ersetzt sind und dafür auf der dem Steuerspiegel zugekehrten Seite des Trommelbodens der Trommel (3) nur in bezug auf die Flächengröße gleichwertige Ausfräsungen von geringerer Tiefe vorhanden sind.
5. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 und gegebenenfalls einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trommel (4) schwenkbar und die andere Trommel (3) fest bzw. konzentrisch zur Triebwelle (9) angeordnet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 823 828, 525 625, 246 208; deutsche Patentanmeldungen E3495Ia/59a (Patent Nr. 907970) und E 3563 I a/ 59a (Patent Nr. 905 455) ; britische Patentschriften Nr. 532 617, 411549, 337 351; USA.-Patentschrift Nr. 2 241701.