DE1453629A1 - Vorrichtung zum Ausgleich der Lagerdruecke in mit Druckmitteln arbeitenden Maschinen - Google Patents

Description

HK3629

I'ederiaktiebolaget Soya.

Hagersten, Schweden.

Vorrichtung zum Ausgleich der Lagerdrücke in mit Druckmitteln arbeitenden .'ascliinen

In hydraulischen Maschinen werden die Kolbenkräfte ganz oder zum Teil auf einen als 'ylinderblock ausgebildeten Läufer übertragen und von den Lagern desselben aufgenommen. Aus !nehreren Gründen sind diese Lager meist als Gleitlager ausgebildet. Die grossen Kräfte, die in diesen auftreten können, verursachen oft Schwierigkeiten verschiedener Art. Unter anderem können Schwierigkeiten beim Ingansetzen von hydraulischen Motoren uiiftreten. Bei der Druckmittel-Zufuhr zum Ingangsetzen können die auf die Layer ν;irkenden ih-ücke so gross sein, dass der tlfilm durchgedrückt wird :ind dadurch ein grosser eibungswidcrstand auftritt. Ferner" verursachen die auf die Lager wirkenden Drücke Verluste ini i3etrieb und setzen den ..'i rkungsgrad iierab.

!•.s ist bekamt , dass in ^üdialifolbenmaschinen der Druck auf Grund der Leck'iiiif; zwischen Liir.ferlujcr und Lagerzapfen Kräfte hervorruft, die

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den von den Kolben herrührenden Reaktionskräften auf den Läufern entgegenwirken. Da die Vorasusetzung im allgemeinen nicht definiert werden können, war es sehr schwierig, die Läuferlager so zu bemessen, dass die auf den Läufer wirkenden Kräfte vollständig ausgeglichen werden können. Eine der Schwierigkeiten bestand darin, dass der Antrieb oder der Abtrieb bei bekannten Konstruktionen ausnahmslos mit dem Läufer gekoppelt ist. Dies hat zur Folge, dass der Läufer unkontrollierbaren Kräften ausgesetzt wird, wenn ein Drehmoment der"hydraulischen Maschine zugeführt oder entnommen wird. Ein anderer, mit diesem Problem zusammenhängender Umstand besteht darin, dass der Lagerzapfen under der Einwirkung der Kolbenkräfte einer Durchbiegung ausgesetzt wird. Infolgedessen kann die Abtrittswelle nicht bei allen Belastungen genau ausgerichtet sein. Da der Läufer unkontrollierbaren Kräften ausgesetzt ist, ergibt sich kein eindeutiges Bild der Leckverhältnisse und damit auch kein sicheres Bild der diesen entsprechenden Kräfte. Da eine korrekte Ausrichtung bei allen Belastungen nicht möglich ist, muss das Lagerspiel so gross gewählt werden, dass im Betrieb einen Fressen mit Sicherheit vermieden wird, was aber eine beträcht .liehe Leckung und grosse Verluste zur Folge hat.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausgleich der Kräfte, denen das Läuferlager einer hydraulischen Maschine infolge der Kolbenkräfte ausgesetzt ist. Die Erfindung kommt besonders zu ihrem Recht bei Anwendung auf Padiaikolbenmaschinen, bei denen das Belastungsmoment dem Läuferring entnommen bzw. zugeführt werden kann.

Die Erfindung bezieht sich genauer gesagt auf eine Vorrichtung an als Pumpen oder liotoren arbeitenden Rotationsmaschinen, in denen ein Läufer mit in "ylinderräumen beweglichen Kolben mit leichtem Laufsitz auf einem Lagerzapfen gelagert und von einem zum Lagerzapfen exzentrischen, · mitlaufenden Läuferring umgeben ist, der infolge seiner exzentrischen Lac;e

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hin- und hergehende Bewegungen der Kolben in den Zylinderräumen hervorruft, wobei der Lagerzapfen auf entgegengesetzten Seiten Aussparungen hat, die Ein- und Auslässe der betreffenden Zylinderräume für das Äibeitsmittel bilden, sodass auf der einen Seite des Lagerzapfens eine Druckseite und auf der anderen Seite eine Sdugseite gebildet wird.

Die Erfindung kennzeichnet sich in erster Linie dadurch, dass zum Ausgleich der zwischen dem Läufer und dem Lagerzapfen wirkenden LagerdrUcke, die den Läufer an den Lagerzapfen auf der Saugseite derselben anzupressen streben, beiderseits des Einlasses und Auslasses eine Nut oder ein Kanal angeordnet ist, um Arbeitsmittel von der Druckseite zur Saugseite zu leiten. Die axiale Länge I^ der Lagerfläche auf jeder Seite der Aussparungen und die axiale Länge t) der Aussparungen können vorteilhaft so im Verhältnis zum Durchmesser D des Lagerzapfens, zum Kolbendurchmesser d

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und zur Kolbenanzahl m gewählt werden, dass die Bedingung b + 1 = —"—■=,

4DsinJ wenigstens annähernd erfüllt ist»

Die Nut kann entweder nur Arbeitsmittel aufnehmen, das zwischen den Lagerflächen durchtritt, oder aber.auü kum sie mit der Aussparung auf der Druckseite in Verbindung stehen, sodass sie dem vollen Druck des Arbeitsmittels ausgesetzt ist, der dabei unmittelbar auf die .Saugseite übertragen wird. Diese Verbindung kann in der Layerflache angeordnet sein oder aus einer durchgehenden Bohrung in Lacjeiz apfen bestehen.

In der -'eichnung sind Ausführungsheispiele der Erfindung veranschaulicht . '.'.& /.eint

l'ig. 1 einen .-".xiulschnitt durch eine hydraulische iaschine ner infragestuhenden Art,

Fiy. 2 einen dazugehörigen iiuerschnitt,

Fig. 3 ein DrHckverteilungsdiagra'n·'] eines erfindungsgemäss ausgebildeten Lli'iferl.iijers, in dem ein Teil d'is Ori'^kes auf der Ornckse'tft auf r.U enHM^-osPUto -eile Vertrauen wird,

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Fig, 4 ein Druckverteilungsdiagramm in einem Läuferlager> in dem der volle Druck auf der Druckseite auf die entgegengesetzte Seite übertragen wird,

und Fig. 5 ein entsprechendes Druckverteilungsdiagramm in einem Läuferlager nach der Erfindung, in dem die Vorrichtungen nach Fig. 3 und 4 miteinander kombiniert sind.

Unter Hinweis auf Fig. 1 und 2 wird die Arbeitsweise einer..als .Motor arbeitenden hydraulischen Maschine beschrieben, inder das Drehmoment durch einen den Zylinderblock umgebenden Läuferring übertragen wird, in einer Pumpe sind die Verhältnisse gleichartig.

Ein als Zylinderblock ausgebildeter Läufer 1 ist mit leichtem. Laufsitz um einen Lagerzapfen 2 drehbar, der einen Einlasskanal 3 und einen Auslasskanal 4 für das Druckmittel hat. Diese Kanäle münden in Aussparungen 3a bzw. 4a, die einen Einlass bzw. Auslass für das Arbeitsmittel bilden. Ein Läuferring 5 umschliesst den Läufer 1. Die Welle6 des Läuferrings ist in einem Lager 5' so gelagert, dass der Läuferring exzentrisch zum Lagerzapfen .liegt. In (fen Zylindern 7 des Läufers 1 bewegen sieh Kolben 8, deren Kopfe 9 konkave Stirnflächen 10 haben. Die Kolbenköpfe 9 stehen über Rollenkörper 11 unter Druckwirkung in Eingriff mit einer zylindrischen Fläche 12, die sich um den inneren Umfang des Läuferrings 5 herum erstreckt. In drucklosem Zustand werden dei Kolbenköpfe 9 und kollenkörper 11 mit Hilfe von Federn 13 in anderer geeigneter Weise in Eingriff mit dem Läuferring 5 gehalten. Das Kollenkörpersystem hat die Aufgabe, die hin-'und hergehenden Bewegungen der Kolben 8 unter Druckwirkung des Druckmittels in eine Drehbewegung des Läuferrings 5 umzuwandeln.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, dreht sich der Läufer 1 ganz freilaufend auf dem Lagerzapfen 2 und nimmt nur das zu seiner Mitnahme 'erforderliche Drehmoment auf. Das übrige Moment wird über den Läuferrinc

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übertragen. Dank des Umstandes, dass kein äusseres Moment über den Läufern übertragen wird, entstehen auch keine unkontrollierbaren Kräfte der weiter oben erwähnten Art. Infolgedessen kann das Spiel zwischen dem Läufer 1 und dem Lagerzapfen 2 sehr klein sein, was einerseits zur Folge hat, dass die Druckverteilung im Lagerspalt zwischen Läufer 1 und Lagerzapfen 2 so beschaffen ist, dass sie sich im voraus rait grosser Genauigkeit berechnen lässt, und wodurch andererseits nur eine geringe .'.!enge Arbeitsmittel zwischen den Lagerflächen durchleckt.

lint scheidend für die Möglichkeit eines vollständigen Ausgleichs *sind die Breite fa der Aussparungen im Lagerzapfen, die Lägerlänge L, der Durchmesser D des Lagerzapfens und der Kolbendurchmesser d., falls lediglich der Leckdruck auf der Druckseite zum Ausgleich benutzt wird. In einer praktischen Konstruktion ist es oft nicht möglich, die Bedingungen für einen ..nsgleich zu erfüllen, und man war daher gezwungen, sich darauf zu verlassen, dass das Lager im wesentlichen als normales Gleitlager mit grossem Lagerspiel und entsprechend grossen Undichtigkeitsverlusten arbeitet.

üi"findungsgemäns wird mit Hilfe eines lungkanals, der sich zu beiden Seilen des hinlasses über den ganzen oder einen TsJl des Umfangs erstreckt, der Lec'idruck auf den Teil der Lcujerflache übertragen, der auf der Saugseite liegt, oder auch wird der volle Druck durch einen Kanal im Lagerzapfen auf diesen 'feil der Lagerfläche übertragen. Auch eine Kombination beider Lösungen ist möglich. Verschiedene r.usführungsmöglichkeiten sind in i'icj. 3,1 und :"> gezeigt.

In Fij. 3, das auch ein Druckverteilunysdi^gram-n zeigt, bezeichnet M (.'inen ι. ϊ ngkunal in der Lugorf lache das ^r/apfens 2 für den Läufer. Durch den ::iiu.;künul 14 wird der Leckdruck £ auf der Druckseite auf die gegenüberliegende Seite; ü!:ertrrj!!.;n. Her ingkahal M kann statt dessen in der Lagerflaciie dus ί otors 1 ■ angebracht, sein. Durch die ..nordnung des .!ingkaiuils M ergibt sich ein weiter« ι·'γ«Πημ tsijrad fur die isemessung e«ner hydraulischen

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Maschine der beschriebenen Art, wodurch es ermöglicht wird, in praktischen Fällen mit massigen Abmessungen einen Ausgleich zu erhalten. Die Bemessungsbedingungen lassen sich leicht mathematisch bestimmen, nachdem die durch die Funktion der Pumpe oder des Motors gegebenen Abmessungen in üblicher Weise festgelegt wurden. Die Bedingung ergibt sich aus dem Zusammenhang

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b + 1 = £~ . Das oben in Fig. 3 gezeigte Diagramm setzt voraus, dass

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die Druckseite der Maschine sich auf der Oberseite des Lagerzapfens 2 und die Saugseite sich auf der Unterseite dieses Zapfens befindet. In Uebereinstimmung damit ist der auf der Druckseite herrschende Druck ρ oberhalb der Abszissenachse des Diagramms und der auf der Saugseite herrschende Grupp Pg unterhalb der Äbszissenachse eingezeichnet, auf der auch die Lagerlänge aufgetragen ist.

In Fig. 4 sind ausser einem entsprechend abgeänderten Druckverteilungsdiagramm Ausgleichkanäle dangestellt. Auf der Druckseite sind um fängliche Nuten 15 und auf der Saugseite umfängliche Nuten 16 angeordnet^ die mit den gegenüberliegenden Aussparungen 4a bzw. 3a über Kanäle 17 bzw. 18 in Verbindung stehen, die nicht miteinander verbunden sind. Die Nuten 15 auf der Druckseite brauchen nicht den Nuten 16 auf der Saugseite gegenüberzuliegen, doch ist dies vorzuziehen, weil dann die Ausgleichvorrichtung auch wirksam ist, wenn die Druckseite und die Saugseite vertauscht sind. Die Nuten 15 und 16 erstrecken sich über einen T;il des Lagerzapfenumfangs.

In Fig. 5 ist eine Kombination der Vorrichtungen nach Fig..3 und 4 dargestellt, wobei die Bezugszeichen 14',15',16',17' und 18' dieselben Teile bezeichnen wie die Bezugszeichen 14,15,16,17 bzw. 18 in Fig. 3 und 4. Diese Lösung ergibt einen weiteren Freiheitsgrad für die Bemessung im

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--». Vergleicli zu Fig. 3 und 4.
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■fc* " Die Bedingung für den Ausgleich ist erfüllt, wenn die in Fig. 3,4 und 5-gezeigten, gestrichelten Druckflächen auf der Druck- ?md Saugseite einander gleich sind, wobei natürlich vorausgesetzt J.s£, dass die den

Kolbenkrä'ften auf der Druckseite entsprechende äquivalente Druckfläche auf der entsprechende Seite abgezogen wurde.

Iiinjeitend wurde erwähnt, dass Schwierigkeiten bei der Ingangsetzung von hydraulischen Maschinen durch anausgeglichene Drücke verursacht werden können. Bei einer Messung des Anlassdrehmomentes eines ausgeglichenen Läufers im Vergleich mit einem nicht ausgeglichenen Läufer wurde festgestellt, dass das Moment im ersteren Fall auf einen Bruchteil herabgesetzt war. Im Betrieb von hydraulischen Maschinen, die manchmal unter hoher Belastung vom Stillstand inganggesetzt werden sollen, ist ein zufriedenstellender Ausgleich von grösster Bedeutung. Dies gilt auch int Kriechgang, besonders wenn die hydraulischen Maschinen Glieder von Regelketten bilden. Störungen infolge unzufriedenstellenden Ausgleichs können ernsthafte Stabilitätsstörungen verursachen. Schliesslich ist ein zufriedenstellender Ausgleich der Lagerung eine Bedingung für eine grosse Lebensdauer. Wie bereits hervorgehoben, ergeben sich kleine Lagerspiele und damit auch geringe Leckmengen dank des Umstandes, dass die Lagerung unabhängig von der Belastung als unbelastetes Gleitlager arbeitet.

Der Ausgleich nach der Erfindung durch Uebertragung eines Teiles des Leckdruckes oder des vollen Druckes auf die gegenüberliegende Seite lässt sich natürlich auch bei Läufern verwenden, die mehrere Reihen von Zylindern auf einem gemeinsamen Lagerzapfen mit oder ohne gemeinsamen Einlass haben.

Obwohl die Erfindung oben nur im ?usa!nmenhang mit hydraulischen Maschinen erläutert wurde, lässt sie sich ohne weiteres auch im Zusammenhang mit anderen Druckmitteln anwenden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   l.l Vorrichtung an als Pumpen oder Motoren arbeitenden Rotations* maschinen, in denen ein Läufer mit in Zylinderräumen beweglichen Kolben mit leichtem Laufsitz auf einem Lagerzapfen gelagert und von einem zum Lagerzapfen exzentrischen, mitlaufenden Läuferring umgeben ist, der infolge seiner exzentrischen Lage hin- und hergehende Bewegungen der Kolben in den 'iylinderräumen hervorruft, wobei der Lagerzapfen auf entgegengesetzten Seiten Aussparungen hat, die Ein- und Auslässe der betreffenden Zylinderräume für das Arbeitsmittel bilden, sodass auf der einen Seite des Lagerzapfens eine Druckseite und auf der anderen Seite eine Saugseite gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausgleich der zwischen dem Läufer Xl) und dem Lagerzapfen (2) wirkenden Lagerdrücke, die den Läufer an den Lagerzapfen auf der Sgugseite desselben anzupressen streben, beiderseits des Einlasses und Auslasses eine Nut (14) oder ein Kanal (17,18) angeordnet ist, um Arbeitsmittel von der Druckseite zur Saugseite zu leiten.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut ringförmig ist und sich über den ganzen Umfang des Lagerzapfens erstreckt.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut in derLagerfläche des Lagerzapfens angeordnet ist·

   4. Vorrichtung narli Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,. r-UiSS'fJio

   Kitt in der mit de:i Lagerzapfen zusammenwirkenden Lc.c;erflache rics L'iufers angeordnet ist.

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   5« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (16) sicJi auf der Saugseite nur über einen Teil des Lagerzapf onumfangs erstreckt und über einen Kanal (18) unmittelbar mit, der Druckseite der üaschine in Verbindung steht, sodass der volle Druck des Arbeitsmittels auf die Saugseite übertragen wird, und dass die Nut (15) sich auch auf der Druckseite liner einen Ti il des Lagerzapfenumfangs erstreckt und über einen Kanal (17) unmittelbar mit der Saugseite der in Verbindung steht.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nulabsclinitt (16) auf der Saugseite genuu diametral gegenüber dem Nutabschnitt (15) auf der Druckseite liegt.

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