DE1453460C - - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Lagerausbildung am gen der Stirnflächen angeordnet sind und bei Raum-Steuerspiegel einer Druckflüssigkeits-Axialkolben- temperatur mit der Ebene der Stirnfläche fluchten, maschine (Pumpe oder Motor), bei der auf einem Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Weiterverschleiß- und kavitationsfesten Grundwerkstoff die bildungen sind nachstehend an Hand der in der Axialkraft aufnehmende Tragschichten angeordnet 5 Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher sind, welche aus einem Werkstoff bestehen, der beschrieben und erläutert. Es zeigt gegenüber dem Grundwerkstoff bessere Gleitlager- F i g. 1 einen Teilschnitt durch eine Schiefscheibeneigenschaften und einen größeren Wärmeausdeh- Axialkolbenmaschine, nungskoeffizienten aufweist. F i g. 2 einen Schnitt entsprechend 1I-II der F i g. 1,

Aus der österreichischen Patentschrift 190 355 ist io Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt einer abgewan-

es bekannt, die aus einem festen Grundwerkstoff be- delten Ausführungsform des Steuerspiegelkörpers

stehenden Laufflächen der Steuerflächen einer Axial- nach Fig. 1,

kolbenpumpe mit dünnen Sinterauflagen aus Bronze, F i g. 4 einen Schnitt in Umfangsrichtung, entspre-

Aluminium oder Weißmetall zu versehen. Das poröse chend IV-IV der F i g. 2,

Sintergefüge hat die bekannte Eigenschaft, Schmier- 15 F i g. 5 einen Schnitt einer abgewandelten Ausfühstoff zu speichern und bei ungenügenden Schmier- rungsform nach Fig. 4 für Maschinen mit zwei Drehverhältnissen wieder abzugeben. richtungen,

Es werden also die Notlaufeigenschaften der Ma- Fig. 6 einen Teilschnitt einer weiteren Ausfüh-

schine verbessert; eine nennenswerte Erhöhung der rungsform,

Arbeitsdrücke bei gleichzeitiger Erhöhung der Ar- ao F i g. 7 einen Schnitt nach VII-VII der F i g. 6. beitstemperaturen kann durch die Anordnung der F i g. 1 zeigt ein Gehäuse 1 einer Axialkolben-Sinterauflagen nicht erzielt werden. maschine mit einem von nicht dargestellten Schrau-

Weiterhin ist es aus den deutschen Patentschriften ben gehaltenen Deckel 2. Eine im Gehäuse und 635 517 und 662 896 bekannt, in den ebenen Steuer- Deckel gelagerte Welle 3 trägt auf einem zylinflächen von Axialkolbenmaschinen innerhalb und 25 drischen Abschnitt 5 und auf einer Keilverzahnung 6 außerhalb der Steueröffnungen flache, ringnutartige drehfest und axial verschiebbar eine Zylinder- und mit öl gefüllte Räume anzuordnen, in denen sich trommel 4. inselartig Entlastungsflächen erheben. Die Ober- Die Zylindertrommel 4 hat Zylinder 7 zur Aufflächen der Entlastungsflächen liegen in einer Ebene nähme von Kolben 8; diese sind über Kugelgelenke 9 mit der die Steueröffnungen umgebenden Dichtfläche. 30 mit Gleitschuhen 10 verbunden, die auf einer Schief-Bei der Pumpenausführung nach der letzteren Pa- scheibe 11 gleiten. Ein Ring 12 und ein Haltering 13 tentschrift haben die Entlästungsflächen zusätzlich führen die Gleitschuhe an der Schiefscheibe. Zwinach der Einlaufseite hin Abschrägungen, durch sehen der Keilverzahnung 6 und dem Abschnitt 5 hat welche öl auf die Entlastungsflächen gefördert wer- die Zylindertrommel 4 eine zylindrische Aussparung den soll. . 35 15, in der eine vorgespannte Schraubenfeder 16 an-

Neben einer Verbesserung der Schmierung, ins- geordnet ist. Die Feder stützt sich einerseits an einer

besondere auf den Entlastungsflächen, kann auch mit Stirnfläche 17 der Keilverzahnung 6 und andererseits

diesen bekannten Pumpenkonstruktionen keine Er- an einer Stirnfläche 18 der Aussparung 15 ab und

höhung der Arbeitsdrücke und -temperaturen erreicht drückt die Zylindertrommel 4 mit ihrer Stirnfläche 4'

werden. 40 gegen einen Steuerspiegelkörper 19, der mit einer

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stirnfläche 20 am Deckel 2 anliegt, dort durch nicht

Lagerausbildung am Steuerspiegel einer Druckflüs- dargestellte Schrauben gehaltert ist und dessen der

sigkeits-Axialkolbenmaschine der eingangs erwähnten Zylindertrommel 4 zugewandte Stirnfläche einen

Art zu schaffen, die bei hohen Drücken und hohen Steuerspiegel 21 bildet.

Temperaturen eine geringe Reibung und damit einen 45 Der Steuerspiegelkörper 19 hat eine Mittelbohrung

geringen Verschleiß der zusammenwirkenden Flächen 24, durch die die Welle 3 geführt ist. Konzentrisch

aufweist. zur Mittelbohrung 24 sind an der deckelseitigen Stirn-

Dies wird gemäß der Erfindung erreicht durch ring- fläche 20 sowie an der den Steuerspiegel 21 bildenden förmige, aus dem Werkstoff mit größerer Wärmeaus- Stirnfläche flache Ausdrehungen 25, 25', die über dehnung bestehende Tragteile außerhalb und/oder 50 nicht dargestellte Kanäle mit der Niederdruckseite innerhalb der Steueröffnungen des Steuerspiegels bzw. der Axialkolbenmaschine verbunden sind, der Zylinderöffnungen der Zylindertrommel von Konzentrisch um die Ausdrehungen 25, 25' sind einer Stärke, die bewirkt, daß bei Betriebstemperatur ringförmige Dichtflächen 26, 26' mit nierenförmigen ein das Anfressen ausschließender Spalt zwischen Steueröffnungen 27 (Ein- und Auslaßschlitze) ange-Steuerspiegel und Zylindertrommel entsteht. 55 ordnet. Die Steueröffnungen 27 wirken mit Zylinder-Pas hat den Vorteil, daß durch eine sinnreiche Öffnungen 7'zusammen, die in der Zylindertrommel 4 Ausnutzung der unterschiedlichen Wärmeausdeh- in die Zylinder 7 münden; Steueröffnungen 27 und nungskoeffizienten der Lagerwerkstoffe sich der Ab- Öffnungen T stellen die zusammenwirkenden, den stand der beiden gegeneinander bewegenden Stirn- Druckmittelfluß bestimmenden Steueröffnungen dar¹ flächen mit steigender Betriebstemperatur der Axial- 60 Die Steueröffnungen 27 sind deckelseitig mit An kolbenmaschine vergrößert. Dadurch entsteht zwi- Schlußöffnungen verbunden, von denen lediglich ei sehen den Dichtflächen, die aus dem wenigstens die Anschlußöffnung 28 dargestellt ist. Steueröffnungen umgebenden Grundwerkstoff be- Außerhalb der Steueröffnungen 27 sind konzen-T. stehen, ein Sicherheitsabstand in der Größenordnung trisch zu den Dichtflächen 26, 26' auf Ringflächer von einigen Tausendstel Millimeter, der besonders 65 29, 29' des Steuerspiegels 2t sowie der deckelseitigei gute Schmierverhältnisse ermöglicht. Stirnfläche 20 des Steuerspiegdkörpers 19 Trag

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung er- schichten angeordnet, die nach innen von Ringnutei

gibt sich dadurch, daß die Tragteile in Ausnehmun- 30, 30' begrenzt und durch Radialnuten 31, 31' ii

Tragteile 33, 33' aufgeteilt sind. Die Oberflächen der Tragteile 33, 33' liegen bei Raumtemperatur (20ⁿ C), wie in den Figuren dargestellt, in einer Ebene mit den Dichtflächen 26, 26'. Die Stärke der Tragteile 33 nimmt, im Querschnitt gesehen (Fig. 1 und 3), von innen nach außen ab, während die Tragteile 33' bei diesem Ausführungsbeispiel — in Fläche und Grundrißform (F i g. 2) entsprechen sie vorzugsweise den Tragteilen 33 — von gleichbleibender Stärke sind.

Der Werkstoff der Tragteile 33, 33', z. B. Bronze, hat einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des Grundwerkstoffs, z. B. Stahl.

In F i g. 3 ist ein Steuerspiegelkörper 19 in einer gegenüber dem in F i g. 1 abgebildeten Steuerspiegelkörper etwas abgewandelten Ausführungsform dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind innerhalb und außerhalb der Steueröffnungen 27 zusätzliche ringförmige Tragteile 34,35 und 34'. 35' angeordnet. Der Tragteil 34 nimmt in seiner Stärke von innen nach außen zu den Steueröffnungen 27 hin ab; der Tragteil 35, der außen von der Ringnut 30 begrenzt wird, nimmt dagegen von innen nach außen in seiner Stärke zu. Für den Werkstoff der Tragteile 34, 34', 35 und 35' gilt das bereits zu den Tragteilen 33, 33' Gesagte.

F i g. 4 zeigt einen abgewickelten, auf einem zur Drehachse konzentrischen Zylinder verlaufenden Schnitt durch die Tragteile 33, 33' in Umfangsrichtung des Steuerspiegelkörpers beider beschriebener Ausführungsbeispiele. Die Tragteile 33 haben in dieser Schnittfläche etwa Keilform. Die Spitze des Keils weist nach rechts gegen den Pfeil, der die Bewegungsrichtung der nicht dargestellten Zylindertrommel 4 anzeigt.

F i g. 5 zeigt einen gleichliegenden Schnitt wie in ι F i g. 4 durch ein anderes Ausführungsbeispiel von ! Tragteilen 33. Bei dieser Abwandlung haben die I Tragteile in dieser Schnittfläche etwa Linsenfonn. Sie sind besonders geeignet für Maschinen mit in zwei j Richtungen umlaufender Zylindertrommel.

Die Tragteile 33, 34, 35, 33', 34', 35' sind mit dem I Grundwerkstoff fest verbunden.

Beim Anlaufen der Axialkolbenmaschine, bei dem I noch eine Betriebstemperatur in der Nähe der Raumtemperatur (20 ^D C) herrscht, berühren sich die Stirnfläche 4' der Zylindertrommel 4 und der Steuer-I spiegel 21 des Steuerspiegelkörpers 19 über die ganze j Fläche. Beide zusammenarbeitenden Flächen sind [vollkommen eben.

Wegen der bei niedriger Betriebstemperatur ent-Isprechend hohen Zähigkeit der Förderflüssigkeit wer-Iden die Dichtfläche 26 bzw. die mit ihr zusammenwirkenden Teile der Stirnfläche 4', die beide aus dem !Grundwerkstoff Stahl bestehen, nicht angefressen. Es !herrschen also in diesem Zustand ausreichende Schmierverhältnisse. Begünstigend wirkt dabei auch !noch, daß die Zylindertrommel infolge der Kräfte, ■die sie aus der Wellenachse herausdrehen wollen, !sich mit ihrer Stirnfläche 4' leicht schräg zum Steuer-Ispiegel 21 stellt, und einen Schmierkeil zwischen diejsen Flächen entstehen läßt. Die Kräfte, die hydrodynamisch auf dem Steuerspiegel abgestützt werden ■müssen, liegen für eine Maschine mit zwei Drehrichllungen beiderseits ihrer Totpunkte. Es ist vorteilhaft, Jn diesem Bereich Radialnuten 31 vorzusehen, die liahezu quadratische Tragteile 33 von hoher Tragfähigkeit schaffen.

Die auf der zur Totpunktachse rechtwinkligen Mittelachse gelegenen Zonen der äußeren Ringfläche 29 sind nur wenig belastet und deshalb ohne Radialnuten. Sie könnten sogar von geringerer Breite sein als die nahezu quadratischen Tragtule beiderseits der durch den oberen bzw. unteren Totpunkt verlaufenden Totpunktachse. In diesen Zonen würden auch schmale Stützleisten ausreichen.

Mit steigender Betriebstemperatur dehnen sich die Tragteile 33, 34, 35, 33', 34' und 35' infolge ihres

ίο größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten stärker aus als der Grundwerkstoff Stahl des Steuerspiegelkörpers 19. Die Dichtfläche 26 wird von der Stirnfläche 4' der Zylindertrommel 4 so weit abgehoben, daß die in beide Flächen übergehenden, durch hohen Innendruck elastisch verformten, aufgeworfenen Ränder der Steueröffnungen 27, T einander nicht mehr anfressen können. Dieser Sicherheitsabstand in der Größenordnung von einigen Tausendstel Millimeter reicht aus, ein Anfressen der Dichtflächen zu verhindem, wobei aber dennoch eine ausreichende Abdichtung bewirkt wird.

Dadurch, daß die Stärke der Tragteile 33 zum Rand des Stcuerspiegelkörpers hin abnimmt, werden die Randspannungen, die ein Verwerfen des Steuer-

»5 spiegel körpers begünstigen könnten, niedrig gehalten.

Der keilförmige (Fig. 4) oder linsenförmige (F i g. 5) Querschnitt der Tragteile 33 in Umfangsrichtung bewirkt, daß infolge der im Betrag größeren Wärmedehnung der stärkeren Zonen besonders zweckmäßige keilförmige Spalte zwischen den zusammenarbeitenden Gleitflächen entstehen. Diese Spaltformen lassen schon bei verhältnismäßig geringen Gleitgeschwindigkeiten hydrodynamische, dabei sehr tragfähige Schmierkeile — etwa nach Art der bekannten Michell-Lager — sich ausbilden.

Die beim zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 radial zu beiden Seiten der Steueröffnungen 27 angeordneten Tragteile 34, 35 bewirken eine bessere Ab-Stützung des Steuerspiegelkörpers 19 als beim ersten Ausführungsbeispiel. Damit kann ein Verwölben des Steuerspiegelkörpers bei höheren Betriebsdrücken der Axialkolbenmaschine verhindert werden. Die Tragteile 34, 35 nehmen, von den Steueröffnungen ausgehend, in radialer Richtung an Dicke zu und nehmen vorwiegend die Lagerkräfte in einem Bereich auf, der den Steueröffnungen abgewandt ist. Die Ränder der Steueröffnungen werden entlastet.
Die deckelseitig liegenden Tragteile von gleich-

bleibender Dicke 33' bzw. 34','35' des Steuerspiegelkörpers 19 haben die Aufgabe, Spannungen, welche infolge der Bimetallwirkung der zylindertrommelseitig angeordneten Tragteile 33 bzw. 34, 35 entstehen, auszugleichen, wodurch gleichfalls ein Verwerfen des Steuerspiegelkörpers 19 verhindert wird. Nach Rückkehr in den Ausgangszüstand (Stillstand der Axialkolbenmaschine und Abkühlung auf 20° C) liegen die Oberflächen der Tragteile 33, 34, 35 und die Dichtfläche 26 wieder in einer Ebene.

F i g. 6 zeigt den Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform nach der Erfindung, die im wesentlichen der Ausführungsform nach F i g. 1 entspricht. Einander entsprechende Teile sind deshalb mit gleichen Ziffern bezeichnet.

Die Stirnfläche des Steuerspiegelkörpers 19 ist eben und bildet den Steuerspiegel 21. Die Stirnfläche 4' der Zylindertrommel 4 ist beiderseits der die Zylinderöffnungen T umgebenden Dichtfläche 4"

ringförmig ausgespart. Ein äußeres ringförmiges Tragteil 40 liegt mit Radialspiel in der äußeren Aussparung 41. ein inneres ringförmiges Tragteil 42 mit Radialspiel in der inneren Aussparung 43. Die Tragteile 40, 42 bestellen aus einem Werkstoff — z. B. Bronze — mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der des GrundwcrkstolTs — z. B. Stahl — der Zylindertrommel 4. Die Dicke der Tragteile ist so bemessen, daß bei Raumtemperatur (20 C) die Dichtfläche 4" und die Oberflächen der Tragteile 40, 42 in einer Ebene liegen. Je zwei Stifte 45, 46 hallen die ringförmigen Tragteile 40. 42 zentrisch zur Achse der Zylindertrommel 4 und verhindern außerdem ein Verdrehen derselben. Die den Zylindcrölfnungen 7' zugewandten Innen- bzw. Außendurchmesser der Tragteile 40, 42 sind mit Taschen 47. 48 \ ersehen, von denen Kanäle 49, 50 zum Abführen von Leckflüssigkeit in den Pumpenraum 51 führen.

Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform ent- ao spricht im wesentlichen der nach Fig. 1. Gegenüber dieser sind besonders die Tragteile 40. 42 einfacher gestaltet, angeordnet und befestigt.

Wie bei den zuerst genannten Ausführungsformen wird durch Nutzung unterschiedlicher Wärmeausdeh- as nung. in diesem Falle jedoch der Tragteile 40,42 und der Zylindertrommel 4, zwischen dem Steuerspiegel 21 und der Stirnfläche 4' der Zylindertrommel ein Sicherheitsabstand geschaffen. Fs hat sich gezeigt, daß ein Abstand von 2 (im gerade noch ausreichend ist. um ein Anfressen der Flächen 21 und 4' zu verhindern. Dieser Abstand wird beispielsweise bei Traglcilcn aus Bronze und Zylindertrommel aus Stahl bei den üblichen Betriebstemperaturen erreicht, wenn die Tiagteile etwa 5 mm dick sind.

Sinngemäß läßt sich ein Sicherheitsabstand auch bei Axialkolbenmaschinen mit anders geformtem Stcuetspicgel erzielen (z. B. Kugelfläche oder Kegelfläche). In jedem lall wird sich auch dann eine relativ einfache, gemeinsame Bearbeitung nur einer Fläche ergeben, gegenüber der schwierigen Bearbeitung einer bereits bei Raumtemperatur (Bearbeitungstenip-'ratur) abgesetzten Fläche.

Es können auch andere Kombinationen von I.accrwerkstoff und Grundwerkstoff eingesetzt werden, wenn nur eine sinnvolle Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten vorliegt.

Es ist auch denkbar, daß ein an der Deckclstirnfiäche eingearbeiteter Steuerspiegel oder ein relativstarker Steuerspiegelkörper der ersten Ausfiihrungsformen (F i g. I bis 5) nur einseitig mit Tragieilen von höherer Wärmedehnung ausgerüstet wird (Platten größerer Stärke geben Spannungen nicht so leicht nach). Wenn die Tragteile auf der umlaufenden Steuerfläche der Zylindertrommel angeordnet sind. kann der Stcuerspiegelkörper bzw. der Deckel 2 völlig aus Stahl bestehen. Es ist auch ohne weiteres möglich, bei der letzten Ausführungsform (F i g. 6 und 7) die Aussparungen und Tragteile im Steuerspicgelkörper anzuordnen.

Die Tragteile 33, 34, 35; 33', 34'. 35' können auf den Grundkörper des Stcuerspiegelkörpers durch ein bekanntes Verfahren aufgebracht werden, insbesondere durch Aufschrumpfen. Löten, Schweißen, Aufspritzen mit Plasinaflamme. Aufgießen unter Schutzgas oder Vakuum und Planieren mit Schockwellen. Gegebenenfalls können die Tragleilc 34. 35 auch lose zwischen den zwei Steueiilächen der Zvlimlcrtroinmel und des Steuerspiegclkörpers bzw. des Deckels eingelegt und gegen Verdrehen gesichert werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Lagerausbildung am Steucrspicgel einer Druckflüssigkeits-Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor), bei der auf einem verschleiß- und kavitationsfesten Grundwerkstoff die Axialkraft aufnehmende Tracschichten angeordnet sind, welche aus einem Werkstoff bestellen, der gegenüber demCirundwerkstolT besseieGleitlagereigenschaftcn und einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, gekennzeichnet durch ringförmige, aus dem Werkstoff mit größerer Wärmedehnuna bestehende Tragteile (33, 34. 35. 33'. 34'. 35'/40. 42) außerhalb und oder innerhalb der Steuerötlnungen (27) des Steucrspiegels (21) bzw. der Zylinderö(fnungcn (7') der Zvlindcrtroinmel (4) von einer Stärke, die bewirkt, daß bei Betriebstemperatur ein das Anfressen ausschließender Spalt zwischen Steuerspiegel und Zylindertrommel entsteht.

2. Lagerausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragteile in Ausnehmungen (29, 29', 41, 43) der Stirnflächen (4', 20, 21) der Zylindertrommel (4) des Stcucrspiegels (21) und oder eines Steuerspiegelkörpers (19) lose oder fest angeordnet sind und bei Raumtemperatur (20 C) mit der Ebene der Stirnflächen fluchten.

3. Lagerausbildung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außerhalb der Steueröiinungen (27) und einer Leckölringnut (30) angeordneten Tragteile (33) durch Radialnuten (31) voneinander getrennt sind, und daß sie in l^!mfangsrichtung einen keilförmigen Querschnitt haben, der in Umlaufrichtung der Zylindertrommel (4) zunimmt (F i g. 4).

4. Lagerausbildung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radial außerhalb der Sleueröltnungen (27) und einer Leckölringnut (30) angeordneten Tragteile (33) durch Radialnuten (31) getrennt sind, und daß sic in Umfangsrichtung einen linsenförmigen Querschnitt haben (Fig. 5).

5. Lagerausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Tragteile (33) einen radial nach außen keilförmig abnehmenden Querschnitt haben (Fig. 3).

6. Lagerausbildung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits länci der SteueröfTnuimen (27) angeordneten Tragtefk (34. 35) einen keilförmig zu den Sieucröiinungeri (27) hin abnehmenden Querschnitt habcr (Fig. 3).

7. Lagerausbildung nach einem der An Sprüche 1 bis f> bei Maschinen mit einem Steuer spiegclkörper. dadurch gekennzeichnet, daß did auf dem Steuerspiegel (21) angeordneten Trac teile (33.34.35) fest mit dem Steuerspiegelkörpei (19) verbunden sind, und daß an der gehäuse! seiligen Stirnfläche (20) des Stcuerspicizelkörperi (19)\benfalls auf Ringflächen Tragteile~(33', 341 35') vorzugsweise von gleicher Größe wie die erst! ernannten fest verbunden angeordnet sind.

8. Lagerausbildung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundwerkstoff Stahl ist und die Tragteile (33, 34, 35, 33', 34', 35', 40, 42) aus Bronze bestehen.

9. Lagerausbildung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß die Tragteile (40, 42) an der Zylindertrommel (4) Ringe sind, welche zu den Zylinderöftnungen (T) offene Taschen (47, 48) haben, von denen Lecköl ableitende Kanäle (49, 50) ausgehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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