DE2029087C3 - Hydrostatisches Längs-Gleitlager für den Triebflansch einer Druckflüsslgkeits-Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydrostatisches Längs-Gleitlager für den Triebflansch eirer Druckflüssigkeits-Schwenktrommel-Axialkol'oenmaschine (Pumpe oder Motor) mit trommelstirnseitigem Steuerspiegel und auf der feststehenden Lagerfläche angeordneten üruckausgleichsfeldern, die in Form und Lage den Steueröffnungen des Steuerspiegels entsprechen, und über Bohrungen im Lagerteil des Maschinengehäuses mit Hochdruckflüssigkeit beaufschlagbar sind.

Ein derartiges Gleitlager ist bekannt (deutsche Patentschrift 957 804). Das Gleitlager ist hier einerseits von einem Pendelring und andererseits von dem Triebflansch gebildet. Die Schmierung des Gleitlagers erfolgt von den Arbeitszyliridern aus über Bohrungen in den Pleuelstangen und Bohrungen in dem Triebflansch. Der Pendelring ist an seiner Lagerfläche mit Druckausgleichsfeldern versehen, die symmetrisch zur Totpunktlinie liegen und von den zur Zuführung von Schmieröl dienenden Bohrungen in dem Triebflansch kreisbogenförmig überfahren werden.

Die Druckausgleichsfelder in dem Pendelring entsprechen in ihrer Form und in ihrer Lage den nierenförmigen Steueröffnungeti des Steuerspiegels der Maschine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein hydrostatisches Lager der eingangs beschriebenen Art so zu gestalten, daß der Lagerdruck und damit die Gleiteigenschaften weitgehend unabhängig von der Drehrichtung und dem Schwenkwinkel der Zylindertrommel sind.

Diese Aufgabe ist gelöst durch einen Steuerschieber in jeder Zuflußbohrung, der von einem im Schwenkrahmen der Zylindertrommel angeordneten, von Hochdruckflüssigkeit beaufschlagten Steuerkolben verschiebbar ist, sowie durch Druckausgleichsfelder auch auf dem Triebflansch, die mit den Pfannen der Gelenk

kugeln der Kolbenstangen über Leitungen verbunden

Durch den Steuerschieber und den Steuerkolben sowie deren Wirkungsweise wird erreicht, daß bei einer stärkeren Schrägstellung der Zylindertrommel, welche mit einem entsprechend verringerten Lagerdruck seitens der Arbeitskolben verbunden ist, auch der Druck der dem Lager zugeführten Hochdruckflüssigkeit vermindert wird und umgekehrt Durch die Druckausgleichsfelder an der Seite des Triebflansches, die der feststehenden Lagerfläche zugewandt ist, wird in Zusammenwirkung mit den in der feststehenden Lagerfläche befindlichen Druckausgleichsfeldern erreicht, daß der Flüssigkeitsdruck auch der ständig schwankenden Zahl dej unter Druck stehenden Zylinder angeglichen wird". Hierbei ist wesentlich, daß die. Druckausgleichsfelder der Zahl und' Anordnung nach gleich und der Form nach ähnlich wie die Flüssigkeits-Druchtrittsöffnungen in der Zylindertrommel ausgebildet sind und daß ferner die Druckausgleichsfelder in der feststehenden Lagerfläche nach Zahl und Anordnung gleich und der Form nach ähnlich wie die Flüssigkeitsdurchtrimöffnungen in dem Steuerspiegel ausgebildet sind. In diesem F?ll steht nämlich die Gesamtfläche der unter Druck stehenden Druckausgleichsfelder von Triebflansch und Lagerfläche in einem genau proportionierten Verhältnis zu der Gesamtfläche der Flüssigkeitsdurchtrittsöffnungen von Steuerspiegel und Zylindertrommel. Die erwähnten Gesamtflächen ändern sich mit den Schwankungen der unter Druck stehenden Zylinder bei der Rotation des Zylinderblockes; die Änderungen erfolgen jedoch bei beiden Gesamtflächen in gleicher Weise. Das bedeutet, daß der Druck der Schmierflüssigkeit für das hier betrachtete Gleitlager an die erwähnten schwankenden Verhältnisse angepaßt wird.

Die Verbindung zwischen dem Steuerkolben und dem Steuerschieber kann entweder durch eine kugelförmige Berührungsfläche an dem Steuerkolben und/oder dem Steuerschieber gegeben sein, oder aber dadurch, daß zwischen dem Steuerkolben und dem Steuerschieber eine Kugel angeordnet ist.

Die Erfindung wird mit der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. I zeigt einen Schnitt durch die Axialkolbenmaschine nach der Linie 1-1 der F i g. 1;

F i g. 2 zeigt einen anderen Schnitt durch die Axialkolbenmaschine der Linie H-Il der F i g. 1;

F i g. 3 zeigt die Draufsicht auf die Verteilerscheibe der Axialkolbenmaschine nach der Linie UI-UI der F ig. 2;

F i g. 4 zeigt die Draufsicht auf die Zylindertrommel nach der Linie IV-IV der F i g. 2;

F i g. 5 zeigt die Draufsicht auf den Triebflansch nacr der Linie V-V der Fig. 2;

F i g. 6 zeigt die Draufsicht auf die feststehende Lagerfläche nach der Linie Vl-Vl der F i g. 2;

F i g. 7 zeigt eine Abwandlung eines Details de Fig. 1.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, besteht dl· Axialkolbenmaschine aus einer Zylindertrommel 1, dl· eine bestimmte Anzahl von Zylindern 2 enthält. Die Zy lindertrommel 1 ist in einem Schwenkrahmen 4 dreh bar gelagert. Dieser ist in dem Gehäuse C der Axialkol benmaschine auf zwei Zapfen P schwenkbar, die at dem Außenring eines im Gehäuse Cbefestigten Roller lagers R aufliegen. Der Schwenkrahmen 4 kann mittel

einer schematisch dargestellten Verstellvorrichtung V um eine Achse geschwenkt werden, die du.ch die Mittellinie der Zapfen P hindurchgeht und m der durch die Mittelpunkte der Gelenkkugeln 5 der Pleuel 6 gelegten Ebene liegt Die Gelenkkugeln 5 sind in einem Triebflansch 7 gelagert, der durch eine Zahnkupplung nit der Antriebswelle 8 der Axialkolbenmaschine verbunden ist. Die Antriebswelle 8 treibt die Zylindertrommel 1 unter Zwischenschaltung eines Universalgelenkes an, das einen Schwingarm 9 aufweist, dessen beide Enden je mit Mitnehmemockfcn ausgestattet sind, die an dem einen Ende in axialen Nuten des Triebflansches 7 und an dem anderen Ende in axialen Nuten eines mit der Zylindertrommel ί durch Zahnkupplung verbundenen zylinderförmigen Hohlkörpers 14 gleiten. Die Gelenkkugeln 5 werden mittels einer Festhaltepiaue 10 einer runden Spange 11 in kugelförmigen Ausnehmungen des Triebflansches 7 gehalten. Eine im Innenraum des aus reibungsarmen Material bestehenden Hohlkörpers 14 untergebrachte Feder 12 bewirkt zusammen mit dem Innendruck in den Zylindern 2 das Anliegen der Zylindertrommel 1 an der Verteilerscheibe 15, die an dem Schwenkrahmen 4 und einem Hilfsverteilerstück 25 mit konvex zylindrischer Außenfläche 25a befestigt ist. Der zylinderförmige Hohlkörper 14 wird durch den Schwingarm 9 in seiner Lage gehalten. Der Schwingarm 9 hat an beiden Enden je einen kugelförmigen Kopf, von denen der eine in dem Hohlraum des als Abstützung für die Feder 12 dienenden Hohlkörpers 14 und tici andere in einem kugelförmigen Hohlraum eines mit dem Triebflansch 7 verbundenen Teils 19 untergebracht ist.

Die konvexe Außenfläche 25a verläuft parallel zu einer auf der Innenseite des Deckels 27 des Gehäuses C konkav zylindrischen Fläche 26, von der sie durch ein an den Flächen 25a und 26 gleitbares zylindrisches Zwischenstück 28 getrennt ist.

Die Anordnung von entsprechenden Öffnungen und Kanälen in den zuvor erwähnten Teilen ermöglicht durch die Schwenkung der Zylindertrommel 1 und aller an der Schwenkbewegung beteiligten Teile, eine Umkehr der Förderrichtung der Druckflüssigkeit.

Das in dem Gehäuse Γ oberhalb einer feststehenden Lagerfläche 39 \orgesehene Rollenlager R bildet die radiale Führung des Triebflansches 7 und mit ihm der Antriebswelle 8. Die Steuerspiegelfläche 40 des Triebflansches 7 liegt auf einem hydrostatischen Längsgleitlager, das dem zwischen der Zylindertrommel 1 und der Verteilerscheibe 15 gelegenen hydrostatischen Lager ähnlich ist. Das heißt, die Steuerspiegelfläche 40 ist mit Druckausgleichsfeldern 42 versehen, die hier zwecks Schmierung der Gelenkkugeln 5 durch Kanäle 42a mit diesen verbunden sind.

Den Druckausgleichsfeldern 42 gegenüber befinden sich in der feststehenden Lagerfläche 39 des Gehäuses C Druckausgleichsfelder 43, 44, deren in der F i g. dargestellte Form der der Öffnungen 23,24 in der Verteilerscheibe 15 entspricht. Zwischen den in der Zylindertrommel 1 vorgesehenen Öffnungen 22 und den Öffnungen 23, 24 einerseits und den Ausgleichsfeldern 42 und den Druckausgleichsfeldern 43, 44 andererseits besteht somit das gleiche Verhältnis. Wie später ersichtlich werden wird, sind die Druckausgleichsfelder 43, 44 überdies mit den Öffnungen 23, 24 verbunden und von dem im Gehäuse C herrschenden niederen Druck durch eine ebene Ringfläche 60 getrennt, wobei Gleitschuhe 61 das Gleichgewicht auf dem Triebflansch 7 herstellen.

In dem Schwenkrahmen 4 der Zylindertrommel 1 sind zwei je einen Steuerkolben 46 enthaltende Zylinder 45 vorgesehen, die mit den Ein- und AuBstromKanälen 32,33 der Axialkolbenmaschine durch Kanäle 4/, 50 im Schwenkrahmen 4 und Kanäle 48,49 im Hiltsverteilerstüc¹' 25 verbunden sind. Die Kanäle 50 dienen außerdem zur Versorgung der Zapfen P mit Schmieröl. In zwei zylindrischen Bohrungen 51 des Gehäuses c befinden sich je ein Steuerschieber 52 gleichen Durcnmessers wie die Steuerkolben 46. Jeder Steuerschieber 52 liegt mit seinem kugelförmigen Ende 52a an dem flachen Ende 46a des zugehörigen Steuerkolbens 46 an. Es ist aber auch die Abwandlung möglich, daß der Steuerkolben 46 mit dem Steuerschieber 52 unter Zwischenschaltung einer Kugel ß zusammenarbeitet, wie in F i g. 7 dargestellt In diesem Fall ist das Ende 52c des Steuerschiebers 52 flach. _

Kanäle 53, 54, 55 verbinden die Ein- und AuBstromkanäle 32, 33 mit den zugehörigen zylindrischen Bohrungen 51, so daß der Steuerschieber 52 dem gleichen Druck ausgesetzt ist wie die Steuerkolben 46. Jeder Steuerschieber 52 hat ein Verschlußteil 526 für den Verschluß der Eintrittsöffnung in eine in der feststehenden Lagerfläche 39 vorgesehene, der zylindrischen »5 Bohrung 51 entsprechende Kammer 56. die durch Kanäle 57. 58 mit den Druckausgleichsfeldern 43, 44 verbunden ist, von denen eine der Ausströmöffnung der Axialkolbenmaschine gegenüberliegt, wobei diese Ausströmöffnung je nach der Neigung der Zylindertrommel 1 die Öffnung 23 oder 24 ist.

Es ist klar, daß die Fördermenge der Axialkolbenmaschine einesteils eine Funktion der Neigung der Zylindertrommel 1. des Schwenkrahmens 4 und der Verteilerscheibe 15 auf der einen oder anderen Seite der Lage für den Hubraum Null ist. bei welcher Lage die Drehachse der Zylindertrommel 1 mit der Achse der Antriebswelle 8 zusammenfällt und daß andererseits der Durchgang durch die Lage für den Hubraum Null die Umkehrung der Flüssigkeitsströmung durch die Ein- und Ausströmkanäle 32 und 33 im Deckel 27 der Axialkolbenmaschine zur Folge hat.

Wenn bei der in F i g. 2 dargestellten Lage das Zwischenstück 28 durch eine Feder 29 gegen einen Anschlag 37 des Gehäuses C gezogen worden ist, hat die mit dem Zwischenstück 28, z. B. durch einen Mitnehmerzapfen verbundene Zylindertrommel 1, ihre maximale Schräglage und die Axialkolbenmaschine arbeitet als Pumpe mit maximaler Fördermenge Die in die Zylinder 2 eingesaugte Flüssigkeit wird von den Kolben durch die Öffnungen 23.24 der Verteilerscheibe 13 und Zwischenkanäle 34. 35 des Zwischenstücks 28 herausgedrückt. Beispielsweise wird die Flüssigkeit durch den Einströmkanal 32 angesaugt und durch den Ausströmkanal 35 im Deckel 27 herausgedrückt. Nach Maßgabe der Verschwenkung der Zylindertrommel 1 verringert sich die Fördermenge bis zum Wert Null, wenn die Richtung der Drehachse der Zylindertrommel 1 der Richtung der Achse des Triebflansches 7 genähert wird. Wird die Schwenkung des Schwenkrahmens 4 der Zylindertrommel 1 um seine Achse mittels der Verstellvorrichtung V fortgesetzt, nimmt ein Anschlagstück 38 des Hilfsveridlerstücks das Zwischenstück 28 mit, bis der mit ihm verbundene Schwenkrahmen 4 in seine in F i g. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellte Endlage gelangt.

Für das Funktionieren der hydrostatischen Lagerung an der Steuerspiegelfläche 40 des Triebflansche· 7 genügt es, welches auch immer der Knickwinkel der Pum-

penachse ist, daß dafür gesorgt wird, daß der Speisedruck der Lagerung entsprechend der auf den Triebflansch 7 ausgeübten Axialkraft verändert wird.

Bei konstantem Förderdruck verändert sich die auf den Triebflansch ausgeübte Axialkraft entsprechend dem Kosinus des Knickwinkels der Pumpenachse. Es genügt daher, wenn der Speisedruck für die hydrostatische Lagerung des Triebflansches sich gleichfalls wie der Kosinus des Knickwinkels der Pumpenachse ändert.

Es sei für das Nachfolgende angenommen, daß sich die Zylindertrommel in einer Lage befindet, in der ihre Achse mit der Achse der Antriebswelle der Pumpe nahezu ausgerichtet ist, so daß nur eine sehr kleine Men ge öl gefördert wird. Der Förderdruck wirkt dabei z. B. auf den Steuerkolben 46 auf der rechten Seite der F i g. 1 ein. Der in der Kammer 56 vorhandene Druck wirkt auf das Ende des Steuerschiebers 52 ein, der den gleichen Durchmesser hat wie der Steuerkolben 46. Wenn der Druck in der Kammer 56 zu niedrig wird, drängt der Kolben 46 den zugehörigen Steuerschieber 52 zurück, so daß das öl aus dem Kanal 55 in die Kam mer 56 einströmen kann und den in ihr vorhandenen Druck erhöht, bis das Gleichgewicht hergestellt ist.

Wird nunmehr angenommen, die Pumpe (oder der Motor) habe einen Knickwinkel vom Wert a, so übt der Steuerkolben 46 wegen des Anliegens seines flachen Endes auf dem kugelförmigen Ende 52a des Steuerschiebers 52 nur mehr eine Kraft F ■ cos a aus, wenn F die auf den Steuerkolben 46 durch den Förderdruck ausgeübte Kraft bedeutet. Hat der Förderdruck den Wert P, bewirkt das Zusammenarbeiten von Steuerkolben 46 und Steuerschieber 52, daß sich in der Kammer 56 ein Druck P · cos a einstellt. Sodann ermöglicht das

ίο in der feststehenden Lagerfläche 39 vorgesehene Druckausgleichsfeld 44 ein Funktionieren der hydrostatischen Lagerung des Triebflansches 7, das der der Zylindertrommel 1 entspricht. Letzterer wird in üblichei Weise ausgeglichen, d. h. so, daß die Wirkung des Flüs sigkeitsdruckes auf die Zylinderböden der Zylinder trommel im wesentlichen durch die Wirkung de; Drucks in den öffnungen 23 oder 24 der Verteilerschei be 15 und auf das Hilfsverteilerstück 25 in den entspre chenden Zwischenkanälen 34 oder 35 aufgehoben wird

ao Im Falle einer Pumpe, deren Förderdruck konstan ist, genügt die Anordnung eines einzigen Steuerkolbei — Steuerschieberpaares 46, 52, zwischen dem Aus strömkanal der Pumpe und dem hydrostatischen Lage des Triebflansches 7.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. 'Hydrostatisches Längs-Gleitlager für den Triebflansch einer Druckflüssigkeits-Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit trommelstirnseitigem Sieuerspiegel und auf der feststehenden Lagerfläche angeordneten Druckausgleichsfeldern, die in Form und Lage den StPiieröffnungen des Steuerspiegels entsprechen, und über ίο Bohrungen im Lagerteil des Maschinengehäuses mit ,Hochdruökflüssigkeh beaufschlagbar #id_t g e kennzeichnet durch einen Steuerschieber (52) in jeder Zuflußbohrung {58), der von einem im Schwenkrahmen (4) der Zylindertrommel (J) angeordneten, von Hochdruckflüssigkeit beaufschlagten Steuerkolben (46) verschiebbar ist, sowie durch Druckausgleichsfelder (42) auf dem Triebflansrh (7), die mit den Pfannen der Geienkkugeln (5) der Kolbenstangen (6) über Leitungen (42a) verbunden sind, ao

2. Hydrostatisches Längs-Gleitlager nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkolben (46) und/oder der Steuerschieber (52) eine kugelförmige Berührungsfläche (52a) aufweisen.

3. Hydrostatisches Längs-Gleitlager nach An- »5 spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß /wischen dem Steuerkolben (46) und dem Steuerschieber (52) eine Kugel (B) angeordnet ist.