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Einrichtung zum hydraulischen Andrücken des Zylinderblocks einer Axialkolbenmaschine
an den ebenen Steuerspiegel des Maschinengehäuses Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zum hydraulischen Andrücken des auf einem feststehenden Tragzapfen
umlaufenden Zylinderblocks einer Axialkolbenmaschine an den ebenen Steuerspiegel
des Maschinengehäuses mit einem druckflüssigkeitsbeaufschlagten Längsdruckraum zwischen
dem Zylinderblock und dem Tragzapfen.
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Bei derartigen Axialkolbenmaschinen bildet es ein besonderes Problem,
den Zylinderblock stets in planer Anlage am Steuerspiegel zu halten, da der Tragzapfen
auf Grund der auf ihn wirkenden Querkräfte, die sich aus der schrägen Druckrichtung
der Pleuelstangen ergeben, zum Durchbiegen neigt, zumal der Durchmesser dieses Zapfens
möglichst klein gehalten wird, um eine große druckbeaufschlagte Fläche zu erhalten.
Bei einer Durchbiegung des Tragzapfens stellt sich jedoch der auf ihm gelagerte
Zylinderblock schräg zum Steuerspiegel, wodurch erhebliche Leckverluste auftreten.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine freie Einstellbarkeit
des Zylinderblocks gegenüber dem Steuerspiegel zu gewährleisten, damit die Steuerflächen
auch bei elastischen Verformungen in der Maschine plan aneinander anliegen und die
Leckverluste möglichst klein gehalten werden können. Erfindungsgemäß ist der Zylinderblock
auf dem Tragzapfen in an sich bekannter Weise in einem einzigen Querlager querbeweglich
gelagert, und die Dichtung des Druckraumes ist so ausgebildet, daß sie eine Querbewegung
zwischen dem Zylinderblock und dem Tragzapfen ohne Aufhebung der Abdichtung zuläßt.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung kann der Zylinderblock Kippbewegungen gegenüber
dem Tragzapfen ausführen, um unter dem im Druckraum wirkenden hydraulischen Druck
unabhängig von einer etwaigen Durchbiegung des Tragzapfens stets plan am Steuerspiegel
anzuliegen.
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Das Querlager ist vorzugsweise nahe dem Steuerspiegel des im Maschinengehäuse
befestigten Steuerkörpers angeordnet, damit die Durchbiegung des Tragzapfens durch
die auf den Zylinderblock wirkenden Querkräfte möglichst klein gehalten wird.
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Die Dichtung des Druckraumes ist vorzugsweise ein Dichtring, der einerseits
an der Wand des Druckraumes und andererseits an einer Stirnfläche einer radiales
Spiel gegenüber der Wand aufweisenden Schulter des Tragzapfens anliegt.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine,
F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Zylinderblock und F i g. 3 und
4 Teillängsschnitte durch den Zylinderblock mit verschiedenen Ausführungen der Erfindung.
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Es sei zunächst auf F i g. 1 und 2 Bezug genommen, in welchen eine
Pumpe oder ein Motor mit unveränderlichem Hub dargestellt ist. In einem Gehäuse
3 ist ein umlaufender Zylinderblock 1 angeordnet, der Zylinder 2 aufweist, die parallel
zur Drehachse verlaufen. Der Zylinderblock ist drehbar auf einem feststehenden Tragzapfen
22 gelagert und läuft an dem Steuerspiegel eines Steuerkörpers 4 an, der
zwei Steueröffnungen 5 aufweist, von denen eine in F i g. 2 sichtbar ist. Diese
Steueröffnungen 5 sind nierenförmig und wirken mit Steueröffnungen 6 zusammen, die
sich von den Zylindern 2 zu der Stirnfläche des Zylinderblocks erstrecken. In jedem
Zylinder 2 ist ein Kolben 7 angeordnet, der mit einer Pleuelstange 8 über ein Kugelgelenk
9 verbunden ist. Alle Pleuelstangen 8 sind an ihren anderen Enden mittels Kugelgelenken
11 an einem Triebflansch 12 befestigt, der durch Radiallager 13 und ein Axiallager
14 in einem Lagergehäuse 15 gelagert ist. Dieses Lagergehäuse ist mit dem Gehäuse
3 durch Flansche 16, 17 verbunden. Die Längsmittelachse des Gehäuses 3 ist gegenüber
der Längsmittelachse des Lagergehäuses 15 geneigt, und entsprechend ist die Drehachse
des Zylinderblocks 1 gegenüber der Drehachse
des Triebflansches
12 geneigt. Der Triebflansch ist mit einer An- bzw. Abtriebswelle 18 einteilig.
Damit der Triebflansch 12 und der Zylinderblock 1 mit genau derselben Geschwindigkeit
und in derselben Phase umlaufen, sind sie mittels eines homokinetischen Wellengelenkes
19 miteinander verbunden.
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Die Kugelenden 11 der Pleuelstangen 8 im Triebflansch 12 liegen auf
einem größeren Radius als die Zylinder 2. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, daß
die Pleuelstangen während des Betriebes an den offenen Enden der Zylinder 2 anschlagen.
In anderer als der in F i g. 1 gezeigten Stellung sind die Pleuelstangen gegen die
Drehachse des Zylinderblocks hin @zeneigt. Dort, wo die Zylinder 2 mit der Hochdrucksteueröffnung
5 in Verbindung stehen, werden in den zugehörigen Pleuelstangen Druckkräfte wirksam,
welche eine Komponente haben, die senkrecht zur Drehachse auf den Zylinderblock
1 wirkt. Diese Kraft wird als Querkraft bezeichnet. Es wird ihr dadurch entgegengewirkt,
daß ein Rollenlager 29 zwischen dem Tragzapfen 22 und dem Zylinderblock nahe dem
Steuerkörper 4 angeordnet ist. Während des Betriebes bewirkt die Querkraft eine
geringfügige Durchbiegung des Zapfens 22. Dadurch, daß der Zylinderblock 1 nur in
einem einzigen Querlager 29, das verhältnismäßig kurze axiale Erstreckung aufweist,
auf dem Tragzapfen 22 gelagert ist, kann er sich unabhängig von einer solchen Durchbiegung
selbsttätig so einstellen, daß seine plane Anlage am Steuerkörper 4 gewährleistet
ist.
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Um bei einer derartigen Pumpe oder einem derartigen Motor einen höchstmöglichen
Wirkungsgrad bei der Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie
oder umgekehrt zu erreichen, ist es notwendig, daß die Steueröffnungen 5 und 6 einen
großen Querschnitt erhalten, damit möglichst keine Drosselung der Flüssigkeitsströmung
eintritt. Dies erfordert, daß der Querschnitt jeder nierenförmigen Steueröffnung
5 größer ist als die gesamte Querschnittsfläche der Zylinder 2, die zu jeder Zeit
mit ihnen über die Steueröffnunsen 6 verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine hydraulische
Kraft, welche im Sinn eines Abhebens des Zylinderblocks vom Steuerkörper auf den
Zylinderblock wirkt. Um zu erreichen, daß der Zylinderblock stets am Steuerkörper
anliegt, ist zentral im Zylinderblock 1 ein Längsdruckraum 21 angeordnet, dem Druckflüssigkeit
durch einen Kanal 24 im Tragzapfen 22 zugeführt wird. Der Kanal 24 steht mit derjenigen
Steueröffnung 5 im Steuerkörper 4 in Verbindung, die unter hohem Druck steht.
Wenn die Pumpe oder der Motor umsteuerbar ist, ist der Kanal 24 mit beiden Steueröffnungen
5 über Rückschlagventile verbunden. Der Flüssigkeitsdruck im Druckraum
21 erzeugt eine auf den Zylinderblock wirkende hydraulische Kraft, welche
die abhebende Kraft, die auf den Zylinderblock über den Querschnitt der Steueröffnungen
5 wirkt. geringfügig überwiegt. Er ergibt sich, daß bei steigendem Arbeitsdruck
die auf den Zylinderblock wirkende Abhebkraft und die im Druckraum 21 entwickelte
Ausgleichskraft sich proportional vergrößern, so daß der Zylinderblock über einen
großen Betriebsdruekbereich in Anlage am Steuerkörper gehalten wird.
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Die Abdichtung des Längsdruckraumes 21 erfolgt in F i g. 1
und 2 einerseits durch einen mit dem Zylinderblock l umlaufenden Dichtring 25, der
an der Wand des Druckraumes 21 und an einer Stimfläche 31 einer Schulter 23 des
Tragzapfens 22 anliegt, und andererseits durch die Anlage des Zylinderblocks am
Steuerkörper. Um eine Anlage des Zylinderblocks 1 am Steuerkörper 4 zu gewährleisten,
wenn noch kein hydraulischer Druck vorhanden ist, ist eine Feder 26 mit Vorspannung
im Druckraum 21 angeordnet, welche zwischen dem Zylinderblock 1
und einem
Ansatz 27 am Tragzapfen 22 wirkt, wobei ein Drucklager 28 zwischen Feder 26 und
Ansatz 27 vorgesehen ist, um eine relative Drehbewegung zwischen der Feder und dem
Zapfen zu ermöglichen.
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Da der Dichtring 25 mit einer ebenen ringförmigen Dichtfläche an der
ebenen Stirnfläche 31 der Schulter 23 des Zapfens 22 anliegt, kann die Schulter
23, die mit radialem Spiel im Druckraum 21 angeordnet ist, geringe Querbewegungen
relativ zum Zylinderblock ausführen, ohne die dichtende Anlage des umlaufenden Ringes
25 an der feststehenden Stirnfläche 31 zu beeinträchtigen. Die Anlage des Zylinderblocks
am Steuerkörper, die die andere Abdichtung des Druckraumes 21 darstellt, findet
in geringem axialem Abstand vom Lager 29 statt, wodurch bei Biegung des Tragzapfens
22 unter der Querkraft eine geringfügige seitliche Verschiebung des Zylinderblocks
auf dem Steuerkörper eintritt. Dies beeinträchtigt die Abdichtung jedoch nicht,
da die beiden zusammenwirkenden Flächen eben sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist das Querlager 29 ungefähr
in der Mitte zwischen der Schulter 23 des Tragzapfens 22 und dem Steuerkörper 4
angeordnet. Während des Betriebes auf den Zylinderblock ausgeübte Querkräfte werden
durch dieses Lager 29 auf den Zapfen 22 übertragen und verursachen eine Biegung
desselben, die eine Querbewegung des Zylinderblocks i gegenüber dem Steuerkörper
4 und zwischen der Schulter 23 und der Wand des Druckraumes 21 zur
Folge hat. Die Dichtung 25' zwischen der Schulter 23 und der Wand des Druckraumes
21 weist wiederum eine ringförmige Dichtungsfläche auf, mit der sie an der ebenen
Stirnfläche 31 der Schulter 23 anliegt und dadurch die Querbewegungen zuläßt. Während
des Betriebes wird der Ring 25' durch die dem Druckraum 21 zugeführte Druckflüssigkeit
gegen die Schulter 23 gedrückt, um Leckverluste zu vermeiden. Die seitlichen Bewegungen
zwischen Zylinderblock 1 und Steuerkörper 4 und zwischen Dichtring 25' und Schulter
23 sind ungefähr gleich.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist das Querlager 29 wie
in F i g. 2 nahe dem Steuerkörper 4 angeordnet, wobei der Unterschied gegenüber
F i g. 2 darin besteht, daß eine Entlastungsringnut 33 im Zylinderblock
1 um den Tragzapfen 22 herum angeordnet ist. Diese Nut steht mit dem
Niederdruckkanal in Verbindung und ist dadurch entlüftet, während eine Dichtung
34 zwischen dem Zapfen 22 und einer Querwand 35 des Druckraumes 21 angeordnet ist.
Wie in F i g. 2 ist ein Dichtring 25 zwischen der Wand des Druckraumes 21 und der
Stirnfläche 31 der Schulter 23 des Zapfens 22 vorgesehen. Die durch den Kanal 24
zugeführte Druckflüssigkeit wirkt zwischen den beiden Dichtungen 25 und 34 und hält
beide in ihrer Lage. Auf den Zylinderblock 1 wirkende Querkräfte werden durch das
Lager 29 auf den Zapfen 22 übertragen und biegen diesen geringfügig, was eine Gleitbewegung
der Dichtung 34 auf der Wand 35 und der Dichtung 25 auf der Stirnfläche 31
der Schulter 23 des Zapfens 22 zur Folge hat.
In allen Ausführungsbeispielen
haben die beiden Dichtungen des Druckraumes 21 verschiedene effektive Durchmesser,
wobei die Dichtung 25, die mit der Schulter 23 zusammenwirkt, größer ist als die
Dichtung 34 nahe dem Steuerkörper, um eine wirksame Fläche innerhalb des Druckraumes
21 abzuarenzen, über die der hydraulische Druck wirkt, um den Zylinderblock entgegen
der an den Steueröffnungen 5 im Steuerkörper auftretenden Abhebkraft an den Steuerkörper
zu drücken. Bei allen Betriebsverhältnissen wird die auftretende Querkraft durch
das einzige Querlager 29 auf den Tragzapfen 22 übertragen, und jede sich daraus
ergebende Biegung des Zapfens verursacht eine Gleitbewegung einer oder beider Dichtungen,
ohne die Selbsteinstellung des Zylinderblocks relativ zum Steuerkörper zu beeinträchtigen.
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Obgleich sich die dargestellten Ausführungsbeispiele auf eine Pumpe
oder einen Motor mit unveränderlichem Hub beziehen, ist die Erfindung naturgemäß
auch auf Maschinen mit veränderlichem Hub anwendbar, d. h. Maschinen, bei denen
der Winkel zwischen den Drehachsen von Zylinderblock und Triebflansch veränderlich
ist.