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"Axialkolbenmaschine" Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine
(Pumpe oder Motor) mit rotierender oder ruhender Schiefscheibe zum Antrieb mindestens
eines zur Schiefscheibe achsparallel liegenden, in axialer Richtung federbelasteten
Kolbens, der in einer zylindrischen Bohrung eines ruhenden bzw. rotierenden Zylinderblocks
angeordnet ist.
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Bei Pumpen oder Motoren dieser Bauart ist es üblich, zwischen der
schiefen Fläche der Schiefscheibe und den Kolben eine Taumelscheibe anzuordnen,
welche relativ zu den Kolben nur eine taumelnde Bewegung ausführt, Dies erfordert
die Anordnung eines Axialdruck-Wälzlagers zwischen der Schiefscheibe und der Taumelscheibe.
Ein weiteres Axialdruck-Wälzlager ist bei rotierender Schiefscheibe außerdem zur
Abstützung der Schiefscheibe in axialer Richtung notwendig.
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Die beiden Axialdruck-Wälzlager tragen wesentlich zu den Abmessungen
der Pumpe in radialer und axialer Richtung bei.
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Hierzu gesellt sich bei der bekannten Bauart der Nachteil großer Flächenpressung
zwischen den Stirnflächen der Kolben und der auf diese einwirkenden Fläohe der Taumelsoheibe,
weil zwischen Jedem Kolben und der Taumelsoheibe nur
Punktberuhrung
oder bestenfalls Linienberuhrung besteht0 Der Erfindung liegt die doppelte Aufgabe
zugrunde, die Abmessungen einer Pumpe oder eines Motors der eingangs bezeichneten
Art dadurch zu verringern, daß mindestens eines der Axialdruck-Wälzlager, in der
bevorzugten Ausführungsform sogar beide Axialdruck-Wälzlager eliminiert werden,
und außerdem die Flächenpressung zwischen den Stirnflächen der Kolben, auf welche
die Antriebskraft einwirkt, dadurch wesentlich herabzusetzen, daß Punktberührung
bzw. Linienberührung durch Flächenberürung ersetzt wird.
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Zur lösung dieser Aufgabe hat erfindungsgemäß jeder Kolben eine an
der Schiefscheibe unmittelbar anliegende ebene Stirnfläche, die gegen die Kolbenachse
um den gleichen Winkel geneigt ist wie die schiefe Ebene der Schiefscheibe gegen
deren Achse. Dadurch entfällt zunächst die sonst in der Regel zwischengeschaltete
Taumelscheibe und damit zugleich das eine Axialdruck-Wälzlager. Ebenso wesentlich
ist, daß die Flächenpressung an den Stirnflächen der Kolben auf einen kleinen Bruchteil
des Betrages herabgesetzt wird, der sich bei der sonst üblichen Punkt- oder Linienberührung
ergibt, weil über den ganzen Umfang jeder Drehung für Flächenberührung gesorgt ist.
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Es ist zwar bekannt, zwecks Schaffung von Flächenberührung zwischen
den kolben und der Schiefscheibe an dem der Schiefscheibe zugewandten Kolbenende
einen schwenk- und drehbeweglichen Kolbenkopf vorzusehen. Die schwenk- und drehbewegliche
Lagerung eines solchen Kolbenkopfes gestaltet sich baulich Jedoch als sehr kompliziert.
Diese Komplizierung wird durch die Erfindung vermieden.
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Die Aufgabe, die sonst notwendigen Axialdruok-Wäizlager
auszuschalten,
wird in der bevorzugten Ausführung der Erfindung des weiteren dadurch gelöst, daß
zur axialen Absttzung der Schiefscheibe ein Gleitlager-mit Gleitflächen vorgesehen
wird, in die mindestens eine mit der Druckleitung der Pumpe oder des Motors verbundene
Öffnung mündet. Aus der Druckleitung wird dann durch die Öffnung oder Öffnungen
Flüssigkeit zwischen die Gleitflächen gepreßt, so daß zwischen den Gleitflächen
ein Flüssigkeitsfilm und damit Flüssigkeitsreibung geschaffen wird.
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Zwecks Entlastung des Xolbens von axialen Kräften, die vom Flüssigkeitsdruck
herrühren, empfiehlt es sich, den Kolben als an beiden Stirnenden offenen Hohlkolben
auszubilden. dabei wird vollständige Entlastung des Kolbens dann erreicht, wenn
der Querschnitt der Kolbenbohrung an der der Schiefsoheibe zugewandten Seite gleich
dem Querschnitt der den Kolben aufnehmenden Zylinderbohrung ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele fur den
Fall, daß es sich um eine Pumpe mit rotierender Schiefscheibe handelte Es zeigen
Fig. 1 einen tängsschnitt durch eine eflindungsgemäß gestaltete Pumpe und Fig. 2
und 5 Längsschnitte durch Pumpenkolben, wie sie in zwei verschiedenen Abwandlungen
in der Pumpe nach Fig. 1 verwendet werden können.
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Die Pumpe nach Fig. 1 besteht aus einem feststehend gelagerten Zylinderblock,
der aus zwei Teilen 1 und 2 sowie einer Scheibe 3 zusammengesetzt ist. In den Blockteilen
1,2 ist konzentrisch mittels Nadellagern 4 und 5 eine Welle 6 gelagert, auf der
durch einen Stift 7 eine Schiefscheibe 8 befestigt ist, Die Schiefscheibe 8 hat
eine zur Achse X - X rechtwinklig verlaufende Fläche 9 und - dieser gegenüberliegend
- eine ebene, zur Achse X - X
Jedoch unter einem spitzen Winkel
verlaufende schiefe Fläche 10. Die Welle 6 wird mittels eines Stumpfes 11 an einen
geeigneten Antriebsmotor angeschlossen.
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Konzentrisch zur Achse X - X sind im Blockteil 2 mehrere Zylinderbohrungen
vorgesehen, von denen lediglich die Bohrung 12 in Fig. 1 im Längsschnitt erscheint,
Eine weitere Bohrung ist in der linken Hälfte der Fig. 1 gestrichelt angedeutet
Jede Bohrung 12 dient zur Aufnahme eines Kolbens 13, der mater der Einwirkung einer
Schraubenfeder 14 steht welche ihn mit seiner in Figo 1 oberen Stirnfläche 15 gegen
die schiefe Fläche 10 der Schiefscheibe 8 zu drücken sucht Die Stirnfläche 15 ist
gegen die Längsachse des Kolbens 13 um den gleichen Winkel geneigt wie die schiefe
Fläche 10 der Scheibe 8 gegen deren achse X - X0 Die Feder 14 ist an einer Büchse
16 abgestützt, und zwar unter Zwischenschaltung eines kleinen Wälzlager-Längsdrucklagers
17 mit Hülse 18.
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Zur Aufnahme der Feder 14 ist der Kolben 13 als Hohlkolben ausgebildet.
Seine Bohrung 19 steht über die Bohrung der Hülse 18 unter Zwischenschaltung eines
federbelasteten Kugelventils 20 durch einen Kanal 21 mit einer Ringnut 22 im Teil
2 des Zylinderblocks in Verbindung, von welchem eine Bohrung 23 ausgeht. Die Mündung
dieser Bohrung bildet den Auslaß der Pumpe.
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Der Zylinderblockteil 2 hat eine axiale Bohrung 24, in die ein Rohrstutzen
25 eingesetzt ist, durch welche die zu fördernde Flüssigkeit angesaugt wird. Von
der Bohrung 24 geht eine radial verlaufende Bohrung 26 aus, die in die Zylinderbohrung
12 mündet. Eine Kugel 27, die in die das Kugelventil 20 aufnehmende Bohrung der
Büchse 16 eingesetzt ist, ist mit engster Passung eingepreßt und dient lediglich
als ständiges Verschlußmittel.
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In der in Fig. 1 gezeichneten Stellung befindet sich der Kolben 13
in seiner tiefsten Stellung und schließt damit die radiale Bohrung 26 gegen die
Zylinderbohrung 12 abO Das Kugelventil 20 ist offen und hat bis zum Erreichen dieser
Stellung Flüssigkeit durch den Kanal 21, die Ringnut 22 und die Bohrung 23 zum Auslaß
gefördert. Mit fortgesetzter Drehung der Schiefscheibe 8 wird der selben 13 durch
die Feder 14 gehoben, Dies führt zur Schließung des Ventils 20 und zur Entstehung
eines Unterdrucks in der Kolbenbohrung 19, bis die Unterkante des Kolbens 13 die
radiale Bohrung 26 erreicht. In diesem Augenblick beginnt der Kolben, Flüssigkeit
aus dem Rohrstutzen 25 anzusaugen, bis er seine höchste Stellung erreicht hat. Diese
Stellung ist erreicht, wenn die Unterkante des Kolbens 13 an der Oberseite der Mündung
der radialen Bohrung 26 angelangt ist. Die Kolbenbewegung kehrt sjch nunmehr um
und die in der Kolbenbohrung enthaltene Flüssigkeit wird nach einer kurzen Phase,
innerhalb deren der Kolben 13 die radiale Bohrung 26 abschließt, bei offenem Ventil
20 über den Kanal 21, die Ringnut 22 und die Bohrung 23 in den Auslaß gedrückt.
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Der Kanal 21 ist durch Bohrungen 28,.29, 30 mit einer Ringnut 31 verbunden,
die zu der Fläche offen ist, an der die Schiefscheibe 8 an der Scheibe 3 des Zylinderblocks
anliegt. Aus der Ringnut 31 wird daher im Betrieb der Pumpe ständig Flüssigkeit
zwischen die Flächen 9 und 32 gedrtfckt, so daß ein Flüssigkeitspolster entsteht
das die Schiefscheibe 8 mit wesentlich geringerer Reibung gegen die feststehende
Scheibe 3 abstützt, als dies ein Längsdruck-Wälzlager vermöchte.
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Die mit der Erfindung erstrebte Wirkung der Herabsetzung der Flächenpressung
erfordert genaue Übereinstimmung zwischen den Neigungswinkeln der schiefen Fläche
10 der
Schiefscheibe 8 und der entsprechend schiefen Fläche 15 an
der oberen Stirnseite des Kolbens 13o Diese genaue Ubereinstimmung kann durch Einschleifen
hergestellt werden, vor allem dann, wenn der Kolben 13 aus verhältnismäßig weichem
Material, etwa Bronze, hergestellt piste In der Ausführung nach Fig. 1 ist der Kolben
13 oben geschlossen0 Der hydraulische Druck wirkt also von der Innenseite auf die
obere Stirnwandfläche des Kolbens 13.
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Dem kann in bevorzugter Ausführung der Erfindung dadurch abgeholfen
werden, daß gemäß Fig. 2 und 3 der Kolben 13 auch-an seiner der Schiefseheibe 8
zugewandten Stirnseite geöffnet wird0 Demgemäß sieht Fig. 2 eine an dieser Stelle
angebrachte Öffnung 33 vor, durch welche der Kolben 13 teilweise entlastet wird.
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Eine vollständige Entlastung des Kolbens 15 sieht die Ausführung nach
Fig. 3 vor, wo eine Öffnung 34 an der der Schiefscheibe 8 zugewandten Seite den
gleichen Querschnitt hat wie die Zylinderbohrung 12. Im Falle der Fig. 2 hat der
Kolben 13 nur noch teilweise die Wirkung., das zu fördernde Mittel anzusaugen und
aus der Pumpe herausaudrücken, Im Fall der Fig. 3 wirkt der Kolben an der Förderung
Uberhaupt nicht mehr mit, dient vielmehr nur als Rohrleitung.