DE2038086C3 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem Rotor mit von einer Schrägscheibe betätigbaren Axialkolben und einer Steuerscheibe mit zwei nierenförmigen Ste'ieröffnungen, an deren jewe'ls einem Ende ein in die Trennstege einmündender, mit einer Drosselstelle versehener Druckausgleichskanal vorgesehen ist.

Die meist gebräuchlichen V-förmigen Druckausgleichskanäle, die sich in Richtung auf die Steueröffnung hin erweitern, haben der Nachteil, daß sie zwangsläufig ein mehr oder minder starkes Betriebsgeräusch verursachen. Wenn nämlich der Kolben seine obere Totpunktlage erreicht, herrscht in der Kolbenbohrung ein niedriger Druck. Wird nun die Kolbenbohrung mit der Hochdrucksteueröffnung verbunden, entsteht durch den plötzlichen Druckanstieg in der Kolbenbohrung eine Stoßwelle, die zu einem Flüssigkeitsschlag mit entsprechendem Geräusch führt. Die Kolbenbohrung kann aber nicht in der genau oberen Totpunkt-Mittellage des Kolbens mit der Hochdrucksteueröffnung verbunden werden. Eine gewisse Weiterdrehung des Rotors ist notwendig, um die Kolbenbohrung von der oberen Totpunkt-Mittellage in eine Stellung zu bringen, bei der die Steueröffnung zur Kolbenbohrung hin voll offen ist. Bei der Drehung des Rotors findet eine entsprechende Kolbenbewegung statt, so daß der Druck in der Kolbenbohrung anzusteigen beginnt. Bei einer Pumpe mit konstantem Förderdruck läßt sich die Steueröffnung so dimensionieren, daß der Druckanstieg in der Kolbenbohrung gerade gleich dem Druck in der Hochdrucksteueröffnung ist, wenn diese zur Kolbenbohrung hin voll offen ist. Da jedoch in den meisten Fällen der Förderdruck der Pumpe nicht konstant ist, ist der Druck in der Kolbenbohrung meist höher als in der Steueröffnung, so daß es bei voller öffnung der Steueröffnung zur Kolbenbohrung hin zu einer plötzlichen Entspannung und entsprechendem Flüssigkeitsschlag kommt

Ähnliche Vorgänge mit umgekehrten Druckverhältnissen laufen an der Niederdrucksteueröffnung ab.
Um diese Nachteile zu beseitigen, hat man schon

f>5 unveränderliche Drosseln in den Steueröffnungen vorgesehen. Damit ist jedoch eine Anpassung des Durchflusses an die wechselnden Druckverhältnisse nicht zu erreichen.

Deshalb wird in der britischen Patentschrift 9 84 872 vorgeschlagen, der Durchfluß durch die Steueröffnungen mit Hilfe von Nadelventilen zu regulieren. Dadurch lassen sich die unerwünschten Flüssigk>:itsschläge verringern. Bei den üblichen hohen Drehzahlen, mit denen Axialkolbenpumpen betrieben wrrden, und den ständig wechselnden Betriebsdrücken kann diese Art aer Durchflußregulierung jedoch nicht befriedigen.

Aus der DE-AS 12 11 943 ist ein Vorschlag bekannt. Flüssigkeitsschläge durch den Einsatz von Rückschlagventilen zu verhindern. Diese Losung hat den Nachteil, daß der kostspielige Einbau der Rückschlagventile die Axialkolbenmaschine erheblich verteuert, eine Geräuschverminderung aber wegen der geräuschvollen Arbeitsweise der Rückschlagventile kaum erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welche in einem weiten Druckbereich möglichst geräuscharm arbeite! soll und dazu den Durchfluß durch die beiden Druckausgleichskanäle auf einfache, wirksame Weise so zu regulieren, daß er selbsttätig den herrschenden Druckbedingungen angepaßt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Druckausgleichskanal an seinem einen Ende eine strömungsungünstige id an seinem anderen Ende eine strömungsgünstige Profilierung aufweist und ι ι die Niederdrucköffnung mit dem strömungsgünstig profilierten Ende, in die Hochdrucksteueröffnung dagegen mit dem strömungsungünstig profilierten Ende mündet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der vorstehend erwähnten Probleme sind offensichtlich. Zur Anpassung des Durchflusses durch die Steueröffnungen an die Druckverhältnisse werden rein hydrodynamische Mittel ohne bewegte Teile angewendet. Mit diesen Mitteln, die praktisch keinem Verschleiß unterliegen, einfach herzustellen sind und praktisch kein eigenes Betriebsgeräusch verursachen, wird ein sehr wirksamer »Dioden«-Effekt erzielt, d. h. der Strömung wird in der einen Richtung nur ein geringer, in der anderen Richturg dagegen ein hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt, so daß Flüssigkeitsschläge in einem weiten Druckbereich verhindert werden. Damit nämlich Flüssigkeitsschläge vermieden werden, ist es notwendig, daß an der Hochdrucksteueröffnung einer Pumpe beispielsweise der Druck in dem Druckausgleichskanal durch eine gedrosselte Strömung allmählich auf die Höhe des in der Steueröffnung herrschenden Druckes gebracht wird. Sobald dies der Fall ist, muß die Strömung dagegen mit nur geringem Widerstand fließen können, damit ein wesentlicher Druckanstieg über den Druck in der Steueröffnung vermieden wird. Ähnliches gilt für die Niederdrucksteueröffnung. Dort muß die Einströmung in den Druckausgleichskanal möglichst wenig behindert, die Strömung aus dem Druckausgleichskanal dagegen gedrosselt sein. Beide Forderungen werden durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung der Druckausgleichskanäle erfüllt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Axialkolbenpumpe im Schnitt,

F i g. 2 eine Ansicht der Steuerscheibe der Pumpe von Fig. 1,

F i g. 3 und 4 je einen Schnitt längs der Linien 3-3 und 4-4 in F i g. 2,

Fig. 5 bis 12 Schnitte entsprechend denjenigen der F i g. 3 und 4, jedoch von alternativen Ausführungen der Erfindung.

Die in der F i g. 1 dargestellte Axialkolbenpumpe besteht aus einem Pumpenblock IO mit einem Einströmoder Niederdruckkanal It und einem Ausström- oder Hochdruckkanal 12 an dem einen Ende des 3lockes. Da.s andere Ende des Blockes 10 ist durch einen Decke! 13

ίο verschlossen, in dem eine Welle 14 drehbar gelagert ist. An der Welle 14 ist innerhalb des Blockes 10 ein Rotor 15 befestigt, in dem eine Anzahl axialer Zylinderbohrungen 16 unter gleichem Winkelabstand ausgebildet sind. Jede Zylinderbohrung 16 enthält einen Kolben 17, der durch eine Druckfeder 18 vorgespannt ist. Die Zylinaerbohrungen 16 enden in Kanälen 16a, die zu einem Ende der Stirnfläche des Rotors 15 hin offen sind.

Jeder Kolben 17 hat ein kugelförmiges Endteil 19.

dessen nach außen gerichtetes Ende abgeflacht ist In jedem kugelförmigen Endteil 19 befinde! sich eine Bohrung 20, die in der Bohrung des Kolbens 17 und mit dem anderen Ende in dem abgeflachten Endteil 19 mündet. Die Endteile 19 der Kolben 17 sind in entsprechend ausgebildeten Kugelschalen von Gleitschuhen 21 gelagert. Jeder Gleitschuh 21 hat eine Stirnfläche, die zu einer hydrostatischen Lagerschale 23 ausgebildet ist, die über eine Bohrung 24 mit einem Raum innerhalb des Gleitschuhs in Verbindung steht, der durch die Abflachung des entsprechenden Endteils 19 gebildet wird.

Die Gleitschuhe 21 gleiten auf einer geneigt angeordneten Schrägscheibe 22 in der Nähe des Deckels 13. Wenn der Rotor in Umdrehung versetzt wird, ruft die Schrägscheibe 22 eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben 19 in den entsprechenden Zylinderbohrungen 16 hervor.

Zwischen dem einen Ende des Rotors 15 und dem Ende des Blockes 10, in dem sich der Einström- oder Niederdruckkanal 11 und der Ausstrom- oder Hochdruckkanal 12 befinden, ist eine ringförmige Steuerscheibe 25 angeordnet. In dieser Steuerscheibe 25 sind zwei bogen- oder nierenförmige Steueröffnungen 26, 27 ausgebildet, durch die Hydraulikflüssigkeit aus dem Einström- odei Niederdruckkanal 11 durch die Kanäle 16a in die Zylinderbohrungen 16 des Rotors 15 bzw. aus den Zylinderbohrungen 16 in den Ausström- oder Hochdruckkanal 12 strömt. Die Niederdrucksteueröffnung 26 steht mit dem Einström- oder Niederdruckkanal 11 und die Hochdrucksteueröffnung 27 mit dem Ausström- oder Hochdruckkanal 12 in Verbindung.

Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die Steuerscheibe 25 an einem Ende der Niederdrucksteueröffnung 26 mit einem Druckausgleichskanal versehen. Dieser Druckausgleichskanal ist als scharfkantige Bohrung 28 in der Stirnfläche der Steuerscheibe 25 in einem Abstand von dem Ende der Steueröffnung und als eine strömungsgünstig profilierte Bohrung 29 in der Wand der Steueröffnung ausgebildet, die in Verbindung mit der Bohrung 28 steht. Ein Druckausgleichskanal dieser Art hat in Richtung auf die Niederdrucksteueröffnung 26 einen höheren Strömungswiderstand als in umgekehrter Richtung, da in der erstgenannten Richtung die Flüssigkeit durch eine scharfkantige öffnung in den Druckausgleichskanal eintritt, während die Flüssigkeit in entgegengesetzter Richtung durch einen strömungsgünstig profilierten Kanal strömt. Das Verhältnis des Strömungswiderstandes in den beiden Richtungen beträgt etwa 2 :1.

Ein gleicher Druckausgleichskanal ist an der Hochdrucksteueröffnung 27 ausgebildet. Wie in Fig.4 dargestellt, ist hier indessen die scharfkantige Bohrung 30 in der Wand der Hochdrucksteueröffnung 27 ausgebildet, während die strömungsgünstig profilierte Bohrung 31 an der Stirnfläche der Steuerscheibe 25 endet.

Bei den in den Fig.5 und 6 dargestellten Ausführungsformen wird das gleiche Prinzip wie bei den Ausführungen nach den F i g. 3 und 4 angewendet mit der Ausnahme, aaß die Druckausgleichskanäle jetzt von Nuten gebildet werden, die in der Stirnfläche der Steuerscheibe ausgebildet sind und beim Anliegen der Stirnfläche der Steuerscheibe 25 an der Endfläche des Rotors 15 Kanäle bilden. Der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung wird von einer relativ großen Bohrung 32, die in einem Abstand von dem Ende der Niederdrucksteueröffnung angeordnet ist und einer Nut 33 von halbkreisförmigem Querschnitt gebildet, die mit einem strömungsgünstig profilierten Ende 33a in die Niederdrucksteueröffnung, dagegen mit einer scharfkantigen öffnung 336 in die Bohrung 32 mündet. Bei der Hochdrucksteueröffnung hat die Nut 34 eine scharfkantige öffnung zur Hochdrucksteueröffnung hin und einen strömungsgünstig profilierten Auslaß zur Aussparung 35 hin.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 7 und 8 wurde ein etwas anderes Arbeitsprinzip gewählt. In diesem Fall hat jede Steueröffnung einen Druckausgleichskanal, der sich von jedem Ende zu einer Drosselstelle hin verjüngt, die einem Ende des Druckausgleichskanals näher als an dem anderen Ende liegt. Wenn Flüssigkeit von dem der Drosseisteile entfernten Ende zu dem anderen Ende strömt, kommt es hinter der Drosse'stelle zu einem Druckanstieg, bei umgekehrter Strömung jedoch nicht, so daß bei gegebener DurchfluBmenge bei der Strömung in einer Richtung ein geringerer Druckverlust als bei einer Strömung in der entgegengesetzten Richtung eintritt.

Bei der Niederdrucksteueröffnung (Fig. 7) ist die Drosselstelle 36a näher an dem Ende des Druckausgleichskanals 36 angeordnet, das in die Steueröffnung

ίο mündet. Bei der Hcchdrucksteueröffnung ist die Drosselstelle 37a näher dem Ende des Durchgangs 37 angeordnet, das in der Stirnfläche der Steuerscheibe endet.

Bei den in den Fig.9 und 10 dargestellter Äusiühruiigsiormen sind die Aussparungen 40,41 in der

Stirnfläche der Steuerscheibe mit den entsprechender Steueröffnungen durch Nuten 38,39 verbunden, die dit Kanäle 36,37 in den F i g. 7 und 8 ersetzen.

Bei den in den Fig. 11 und 12 dargestellter Ausführungsformen schließlich enthalten die Druckaus gleichskanäle 42, 43 jeweils eine zylindrische Kammei 44 bzw. 45. Die Bohrungen 42a, 43a der Kanäle habet scharfkantige öffnungen und öffnen sich tangential ii die Kammern. Die Bohrungen 42fc, 43b des Kanal:

haben strömungsgünstig profilierte Enden und gehet von der Mitte der betreffenden Kammer aus. Dii Wirbelbewegung, die in jeder Kammer entsteht, wem Flüssigkeit aus der Bohrung 42a oder 43a in die Kamme einströmt, bewirkt, daß der Widerstand bei Strömung ii dieser Richtung beträchtlich erhöht wird. In entgegen gesetzter Strömungsrichtung entsteht keine entspre chende Erhöhung des Strömungswiderstandes.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Axialkolbenmaschine mit einem Rotor mit von einer Schrägscheibe betätigbaren Axialkolben und einer Steuerscheibe mit zwei nierenförmigen Steueröffnungen, an deren jeweils einem Ende ein in die Trennstege einmündender, mit einer Drosselstelie versehener Druckausgleichskanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckausgleichskanal (28 bis 45) an seinem einen Ende eine strömungsungünstige und an seinem anderen Ende eine strömungsgünstige Prorilierung aufweist und in die Niederdrucksteueröffnung (26) mii dem strömungsgünstig profilierten Ende, in die Hochdrucksteueröffnung (27) dagegen mit dem strömungsungünstig profilierten Ende mündet.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) zur Stirnfläche der Steuerscheibe (25) hin als zylindrische Bohrung (28) ausgebildet ist, in die scharfkantig eine zweite Bohrung (29) mündet, die zur Niederdrucksteueröffnung (26) hin eine strömungsgünstige Profilierung hat.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) aus einer in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündenden zylindrischen Bohrung (32) und einer Nut (33) in der Steuerscheibe (25) besteht, wobei die Nut (33) zusammen mit dem axialen Ende des Rotors (15) einen Teil des Druckausgleichskanals bildet, der mit einer scharfkantigen öffnung (33b) in die zylindrische Bohrung (32) und mit einem strömungsgünstig profilierten Ende (33a) in die Niederdrucksteueröffnung (26) mündet.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) als strömungsgünstig profilierte Bohrung mit einer Drosselstehe (36a; in Nähe der Einmündung in die Niederdrucksteueröffnung (26) ausgebildet ist.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) eine zylindrische Kammer (44) aufweist, in die eine mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) in Verbindung stehende zylindrische Bohrung (42a^ tangential mündet und von der eine Bohrung (42b) mit strömungsgünstiger Profilierung ausgeht, die in die Niederdrucksteueröffnung (26) mündet.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) aus einer mit der Hochdrucksteueröffnung (27) in Verbindung stehenden zylindrischen Bohrung (30) und einer mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) in Verbindung stehenden Bohrung (31) mit strömungsgünstiger Profilierung besteht.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) aus einer in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündenden zylindrischen Bohrung (35) und einer Nut (34) in der Steuerscheibe (25) besteht, wobei die Nut (34) zusammen mit dem axialen Ende des Rotors (l5) einen Teil des Druckausgleichskanals bildet, der mit einer scharfkantigen öffnung in die Hochdrucksteueröffnung (27) und mit einem strömungsgünstig profilierten Ende in die zylindrische Bohrung (35) mündet

8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) aus einer strömungsgünstig profilierten Bohrung (37) mit einer Drosselstelle (37a; in der Nähe des mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) verbundenen Endes der Bohrung (37) besteht.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) eine zylindrische Kammer (45) aufweist, in die eine mit der Hochdrucksteueröffnung (27) in Verbindung stehende zylindrische Bohrung (43a) tangential mündet und von der eine Bohrung (43b) mit strömungsgünstiger Profilierung ausgeht, die in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündet