DE2163442A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

SPERRY RAND CORPORATION TROY, MICHIGAN, USA

Axialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine hydraulische, als Pumpe oder Motor verwendbare Axialkolbenmaschine von Schrägscheibenbauart mit einem rotierenden Zylinderblock, der das Antriebsmoment über vorkragende Axialkolben überträgt, und mit einer Antriebswelle und einem senkrecht zu dieser angeordneten Steuerspiegel, wobei der Zylinderblock so an der Antriebswelle angeschlossen ist, daß dieser sich frei zum Steuerspiegel einstellen kann.

Bei Axialkolbenmaschinen dieser Art entstehen infolge des unterschiedlich starken Vorstehens der Kolben aus den zugehörigen Zylinderbohrungen Zentrifugalmomente, die den Zylinderblock vom Steuerspiegel abzuheben suchen. Diese Momente wurden bisher durch Federn oder durch hydraulische Entlastungseinrichtungen ausgeglichen, die den Zylinderblock am Steuerspiegel in Anlage hielten. Die Größe der erforderlichen Niederhaltekräfte für eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit der Maschine sind leicht berechenbar. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß bei derartigen für hohe Geschwindigkeiten ausgelegten Maschinen ■ die volle theoretische Geschwindigkeit oder Drehzahl nicht erreicht wird, falls nicht Niederhalteeinrichtungen vorge-

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sehen werden, die erheblich stärker ausgebildet sind, als dies nach den Berechnungen erforderlich wäre. Dies führt zu übermäßigem Reibwiderstand und Abnutzung zwischen dem Zylinderblock und'dem Steuerspiegel.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die im Gehäuse der Maschine befindliche Plussigkeitsmenge, die durch die Reibung mit dem Zylinderblock und den vorstehenden Kolben mitgenommen wird, eine unausgeglichene seitliche Druckkraft ausübt, die den Zylinderblock vom Steuerspiegel abzuheben sucht, werden die vorstehenden Nachteile erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß diese vom zirkulierenden Druckmedium auf den Zylinderblock ausgeübten Druckkräfte durch geeignete Ausbildung der Form der Innenfläche des Gehäuses auf ein Minimum gebracht werden.

Dies wird ausgehend von einer Axialkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß das Gehäuse mit einer den Zylinderblock nicht konzentrisch umgebenden inneren Kontur versehen wird, die so geformt ist, daß die Zirkulation des vom Zylinderblock infolge der Reibwirkung mitgenommenen Druckmediums so gesteuert wird, daß das Auftreten von in seitlicher Richtung auf den Zylinderblock wirkenden, unausgeglichenen Druckkräften verhindert wird.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine gemäß einer bevorzugten Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Teilschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische, einige der auf den Zylinderblock wirkenden Kräfte zeigende Ansicht; und

Fig. 4 eine schematische, die Druckmittelströmung im Gehäuse veranschaulichende Ansicht.

In Fig. 1 ist eine typische Axialkolbenmaschine gezeigt, die ein Gehäuse 10 und einen Steuerspiegel 12 aufweist, in denen eine Antriebswelle 14 auf Lagern 16 und 18 gelagert ist. Im Steuerspiegel 12 sind zu den üblichen bogenföriigen Umsteuerschlitzen in der ebenen Fläche 22 des Steuerspiegels 12 führende Ein- und Auslaßanschlüsse 20 vorgesehen. Das Gehäuse 10 ist mit einer festen Schrägscheibe 24 versehen, auf welcher Kolbenschuhe 26 in Gleitberührung umlaufen, die ihrerseits aus den zugehörigen Zylinderbohrungen 30 eines umlaufenden Zylinderblocks 32 vorstehende Kolben 28 abstützen. Der Zylinderblock ist über eine Keilverzahnung 34 mit der Antriebswelle 14 derart leicht allseitig verschiebbar verbunden, daß der Zylinderblock 32 sich frei an die e'bene Steuerspiegelfläche 22 anlegen kann. Eine Feder 36 dient zum Andrücken des Zylinderblocks an den Steuerspiegel, indem sie zusätzlich zu der an den abgesetzten Enden der ZyIInderbohrungen 30 wirkenden hydraulischen

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Kraft eine Andruckkraft ausübt.

Die bisherige Beschreibung gibt den üblichen Aufbau von Axialkolbenmaschinen wider. In Fig. 3 sind schematisch und in übertriebener Form auf den Zylinderblock wirkende Kräfte dargestellt, welche die Tendenz des Zylinderblocks, sich infolge der freien Bewegungsmöglichkeit um den Mittelpunkt A der Keilverzahnung 34 flach am Steuerspiegel anzulegen, entweder unterstützen oder ihr entgegenwirken. Das von der auf die Kolben entsprechend ihrem unterschiedlich starkem Vorstehen aus dem Zylinderblock ausgeübten Zentrifugalkraft erzeugte Moment wird durch das Kräftepaar B angegeben. Dieses Kräftepaar sucht den Zylinderblock unter Verschwenkung um den Mittelpunkt A vom Steuerspiegel abzuheben. Dem wirkt das von der Feder 36 erzeugte Kräftepaar C entgegen. Diese Kräftepaare können leicht berechnet werden, und die Federkraft der Feder 36 wird so gewählt, daß der Zylinderblock bis zur gewünschten Maximalgeschwindigkeit bzw. Drehzahl in Anlage am Steuerspiegel gehalten wird. In der Praxis wurde jedoch gefunden, daß insbesondere bei höheren Drehzahlen eine erheblich stärkere Feder als die berechnete Feder verwendet werden muß, wenn ein Abkippen des Zylinderblocks verhindert werden soll. Die Anwendung hoher, entweder von der Feder oder von den in den Zylindern wirkenden hydraulischen Kräften erzeugten Andruckkräfte ist jedoch selbstverständlich unerwünscht, da sie zu unerwünschter Reibung und zu vermeidender Abnutzung der Steuerspiegelfläche führen.

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Bei den bekannten Pumpen oder Motoreinheiten verursachen die mit hoher Geschwindigkeit umlaufenden Kolben bzw. der Zylinderblock eine umlaufende Zirkulation des im Gehäuse 10 befindlichen Druckmediums, wenn die Maschine mit einem mit Druckmedium gefüllten Gehäuse betrieben wird. Diese Druckmittelmenge nimmt, wenn sie das im oberen Teil von Fig. 1 gezeigte Gebiet durchströmt, einen Raum ein, dessen axiale Erstreckung durch die Größe D gegeben ist, während sie, wenn sie durch den unteren Teil in Fig. 1 strömt, eine erheblich kleinere, durch die axiale Länge E gegebene Querschnxttsflache einnimmt. Die Gesamtenergie ist im wesentlichen über das gesamte zirkulierende Druckmedium konstant, was dazu führt, daß der dynamische oder Geschwindigkeitsdruck des durch den unteren Querschnitt von Fig. strömenden Druckmediums sehr hoch ist, während er in der Strömung durch die obere Querschnittsfläche relativ niedrig ist. Bei den statischen Drücken ist es jedoch gerade umgekehrt, und diese statischen Drücke sind für die auf den Zylinderblock 32 einwirkenden Kräfte verantwortlich. Diese Kräfte, die bei den bekannten Axialkolbenmaschinen, auftreten, sind durch den gestrichelten Pfeil F in Fig. 3 angedeutet. Die um den Mittelpunkt A wirkende Kraft F versucht demzufolge, den Zylinderblock in der in Fig. 3 gezeigten Weise vom Steuerspiegel abzukippen.

Um das Auftreten dieser Kraft zu verftindern oder weitgehend zu vermindern, wird erfindungsgemäß eine innere Konfiguration des Gehäuses vorgeschlagen, welches die Strömung

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des zirkulierenden Druckmediums steuert. Vorzugsweise wird hierfür ein Paar von Prallstegen 38 auf der Innenfläche des Gehäuses 10 vorgesehen, die in ihrer Wirkung wenigstens einen Hauptteil des Druckmediums blockieren, welches das Bestreben hat, im Inneren des Gehäuses umzulaufen, weil es vom rotierenden Zylinderblock und den aus ihm vorspringenden Kolben infolge der Reibwirkung mitgenommen wird. Von diesen Prallstegen sind vorzugsweise zwei an den Stellen des Umfangs der Maschine angeordnet, an denen die Kolben den halben Hub zurückgelegt haben, d.h. wie in Fig. 1 gezeigt in der Mittelebene der Maschine. Diese Prallstege können eine beliebige Form haben und an der Innenfläche des Gehäuses 10 angegossen oder in der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Weise als getrennte Bauteile 38 eingefügt sein. Vorzugsweise wird der Zwischenraum zwischen dem Zylinderblock 32 und den Prallstegen 38 so klein wie möglich gehalten, so daß jegliche Zirkulation von Druckmedium im Gehäuse 10 unterbrochen oder doch weitgehend beschränkt wird. Die in Fig. 3 gezeigte Kraft G, die von der statischen Komponente des Flüssigkeitsgesamtdrucks erzeugt wird, kann deshalb nahezu gleich der Kraft F auf der gegenüberliegenden Seite des Zylinderblocks 32 gemacht werden. Gleichzeitig wird durch den nur sehr kleinen Bogen, über welchen sich die Prallstege erstrecken, ein Entstehen von merklichen Druckmittelscherkräften im engen Spalt zum Zylinderblock vermieden.

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In Pig. 4, in der die Zi;Ckulations strömung schematisch dargestellt ist, ist die Geschwindigkeit des bei einer bekannten Maschine mit dem Zylinderblock umlaufenden Druckmediums bei H und I aufgetragen. Auf der durch die Oberseite von Fig; 1 gekennzeichneten Seite des Zylinderblocks ist die Geschwindigkeit über den Druckmittelquerschnitt durch das Profil H gegeben, welches nur eine niedrige Maximalgeschwindigkeit zeigt. Auf der anderen Seite ist im Querschnitt I die Maximalgeschwindigkeit sehr hoch. Diese Geschwindigkeitsprofile sind für die Strömung in bekannten Einheiten der hier in Frage stehenden Art kennzeichnend. Durch die Anbringung der Prallstege 38 wird die kontinuierlich umlaufende Zirkulation jeder erheblichen Druckmittelmenge verhindert, und es tritt hauptsächlich eine sich umkehrende Zirkulation ein, wie durch die gestrichelten Pfeile 40 angedeutet ist.' Die Größe der durch die Pfeile F und G in Fig. 3 gekennzeichneten statischen Druckkraft wird daher nahezu gleich, und die von umlaufendem Druckmedium ausgeübte, den Zylinderblock vom Steuerspiegel abzuheben suchende Kraft wird unterdrückt oder weitgehend vermindert. Hierdurch können für hohe Geschwindigkeiten ausgelegte Maschinen ohne Auftreten übermäßiger Abnutzung an den Steuerspiegelflächen mit voller Auslegungsdrehzahl laufen.

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   l.j Hydraulische, als Pumpe oder Motor verwendbare Axialkolbenmaschine von Schrägscheibenbauart mit einem rotierenden Zylinderblock, der das Antriebsmoment über vorkragende Axialkolben überträgt, und mit einer Antriebswelle und einem senkrecht zu dieser angeordneten Steuerspiegel, wobei der Zylinderblock so an der Antriebswelle angeschlossen ist, daß dieser sich frei zum Steuerspiegel einstellen kann,

   dadurch gekennzeichnet, daß das den Zylinderblock (3 2) umgebende Gehäuse in seiner inneren Form so ausgebildet ist, daß die infolge der Reibwirkung des Zylinderblocks (3 2) in Umfangsrichtung erzeugte Druckmittelströmung derart gesteuert wird, daß das Auftreten von in Querrichtung auf den Zylinderblock (32) wirkenden, unausgeglichenen Druckkräften (F,G) verhindert wird.
2. 2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Gehäuseinnenform mit einer Vielzahl von Strömungsdrosseleinrichtungen für das andernfalls mit dem Zylinderblock (32) umlaufende Druckmedium versehen ist.
3. 3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Iniien-

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   fläche des Gehäuses zwischen dem Steuerspiegel (12) und der Schrägscheibe (24) mit Prallstegen (38) zur Unterbrechung der Zirkulation von Druckmedium versehen ist.
4. 4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß zwei nach innen weisende Prallstege (38) vorgesehen sind, die den größten Teil des Zwischenraums zwischen dem Zylinderblock (32) und dem Gehäuse (10) überdecken.
5. 5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallstege (38) in einer Ebene angeordnet sind, in der die Kolben (28) den halben Hub zurückgelegt haben.

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