DE2239745A1

DE2239745A1 - Hydrostatische axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2239745A1
Application number: DE19722239745
Authority: DE
Inventors: Werner Boer; Hans Dipl Ing Lachner
Original assignee: Kloeckner Werke AG
Current assignee: Kloeckner Werke AG
Priority date: 1972-08-12
Filing date: 1972-08-12
Publication date: 1974-02-28
Also published as: CH560324A5; FR2196018A5; DE2239745B2; GB1439536A; JPS4952305A

Description

KLÖGKNER-WEBKE AKTIENGESELLSCHAFT Duisburg

Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit in Längsbohrungen einer rotierenden Trommel um deren Achse gleichmäßig verteilt angeordneten hin- und hergehenden Kolben, die sich über die Kolbenköpfe umfassende Gleitschuhe an einer die Hublänge der Kolben bestimmenden, gegebenenfalls in ihrer Neigung einstellbaren Gegenfläche, beispielsweise einer Schrägscheibe, abstützen sowie Zuführung der Arbeitsflüssigkeit zu dem Spalt zwischen der Gleitschuhlauffläche und der Gegenfläche über die in Längsrichtung durchbohrten Kolben.

Es sind Gleitschuhe bekannt, deren Laufflächen jeweils zentrale Drucktaschen mit solchen Durchmessern besitzen, die annähernd den Durchmessern der Kolbenköpfe entsprechen. Dabei sind zwischen den Kolbenköpfen und den Drucktaschen Zuführungsdrosseln in Form von Bohrungen vorgesehen. Gleitschuhe dieser Bauart besitzen keine ausreichende Überlastbarkeit, da sie nur eine Zuführungsdrossel von.begrenzter Länge und demzufolge einen geringen hydraulischen Widerstand aufweisen. Der Druckabbau ist relativ schwach. Schon eine geringfügige Störkraft, beispielsweise bedingt durch die Beschleunigung der Kolben, bewirkt eine Erhöhung der Andruckkraft, wobei der Ölfilm im Spalt zwischen der Gleitschuhlauffläche und der Gegenfläche durchgedrückt wird und die Maschine dann heiß läuft. Es ist mithin nur ein geringer Spielraum vorhanden, in welchem eine selbst-

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tätige Ausbalancierung des Gleichgewichtszustandes der Gleitschuhe bei Auftreten von Störkräften erfolgt.

Eine andere zum Stand der Technik zählende Bauart eines Gleitschuhes besitzt eine ungedrosselte Zuleitung der Arbeitsflüssigkeit zum Spalt. Erst im Spalt wird eine Drosselung dadurch erzielt, daß die Lauffläche des Gleitschuhes in zwei zueinander konzentrische Bereiche aufgeteilt wird, von denen der innere Bereich mit einer spiralförmigen längeren Drosselnut ausgerüstet ist. Infolge der ausschließlichen Drosselung im Spatl hat diese Bauart zwar eine Zunahme der Abhebekraft bei wachsender Kolbenkraft, jedoch ist die Tragfähigkeitsminderung mit wachsender Spalthöhe, d.h. Verringerung des Flüssigkeitsdruckes im Spalt, nicht hinreichend genug. Der ungedrosselte Flüssigkeitszufluß vermag keine solchen Druckunterschiede herbeizuführen, daß der Druck im Spalt erheblich fällt. Die den Gleitschuh entlastende Kraft kann auf grunddessen nur geringfügig kleiner werden. Es besteht mithin die Gefahr, daß der Gleitschuh abhebt, wenn das Verhältnis der effektiven Abhebekraft am Gleitschuh zur theoretischen Kolbenkraft, die aus dem Arbeitsdruck mal der Kolbenfläche gebildet wird, etwa unter 0,5 sinkt. Dieser Fall tritt immer durch Massen- und Reibungskräfte auf der NiederdLruckseite ein, wenn die Maschine als Pumpe betrieben wird. Verhindert werden kann diese Tatsache selbstverständlich durch sehr hohe Speise- oder FüTldrücke. Hierzu sind aber Sondermaßnahmen notwendig, die zu einer Verkomplizierung und Verteuerung der Einrichtung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hydraulischen Widerstand am Gleitschuh derart zu bestimmen, daß bei durch Massenwirkung oder Reibung

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hervorgerufenen Störkräften am Kolben bzw. am Gleitschuh eine ausreichende Ausbalancierung des Gleit— schuhes gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination folgender, für sich teilweise bekannter ' Merkmale gelöst:

a) Die Gleitschuhlauffläche besitzt eine zentrale Drucktasche, deren Durchmesser sich dem Durchmesser des Kolbenkopfes nähert;

b) zwischen dem Kolbenkopf und der Drucktasche ist im Gleitschuh eine- Längsbohrung kleinen Durchmessers als Zuführungsdrossel für die Arbeitsflüssigkeit angeordnet;

c) zwischen der Drucktasche und dem Außenmesser

des Gleitschuhes ist ein in zwei durch eine Ringnut voneinander getrennte zueinander konzentrische Bereiche aufgeteilter Steg gebildet, dessen innerer Bereich eine durch eine kanalartige Nut gebildete spiralförmige Drossel größerer Länge aufweist.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist die hydrostatische Lagerung des Gleitschuhes durch ein System von vier hydraulischen Widerständen. Der erste hydraulische Widerstand besteht in der Zuführungsdrossel zwischen dem Kolbenkopf und der Drucktasche. Zwei weitere Widerstände werden durch den Steg zwischen der Drucktasche und dem Außendurchmesser des Gleitschuhes gebildet, indem eine Ringnut den Steg in zwei zueinander konzentrische Bereiche aufgliedert. Parallel zu dem Widerstand des inneren der beiden Flächenbereiche wird in dieser Fläche zusätzlich

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eine Drossel in Form einer spiralförmigen Nut angeordnet. Der über die Bohrung im Kolben und im Kolbenkopf anstehende Flüssigkeitsstrom wird mihin durch ein System von vier Drosselstellen durchgeführt.

Die Anordnung der Zuführungsdrossel als Bohrung zwischen dem Kolbenkopf und der Drucktasche bewirkt hierbei eine starke Zurücknahme der Entlastungskraft beim Abheben des Gleitschuhes. Dieses Abheben tritt immer ein, wenn am Kolben Kräfte herrschen, die die" Druckkraft vermindern. Der Spalt zwischen dem Gleitschuh und der Gegenfläche wird dann vergrößert, so daß der Flüssigkeitsstrom zunimmt. Die hydraulischen Widerstände der beiden zueinander konzentrisch liegenden Ringflächen des Gleitsteges verringern sich und der Druckunterschied zu der Zuführungsdrossel steigt. Infolge des Druckabfalles im Spalt nimmt auch die Kraft ab, die versucht, den Gleitschuh von der Gegenfläche wegzudrücken. Der auf diese Weise bestehende selbständige Ausgleich der Kräfte dauert so lange an, bis ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht wird, d.h., die Zusatzkräfte am Kolben kompensiert sind.

Die spiralförmige Drossel als paralleler Widerstand zu dem von der inneren Ringfläche des Gleitschuhsteges gebildeten hydraulischen Widerstand bewirkt eine hohe Entlastungskraftzunähme, wenn zusätzliche Kräfte sich zu der Druckkraft am Kolben addieren. Der Gleitschuh würde in diesem Fall aus seiner normalen Betriebslage in Richtung auf die Gegenfläche gedrückt. Auf Grund der sich dabei ergebenden Spaltverringerung erhöhen sich auch die Widerstände, an

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den beiden konzentrisch zueinanderliegenden Ringflächen des Gleitschuhsteges. Die hydraulischen Widerstände in der Zuführungsdrossel zwischen dem KoI-"benkopf und der Drucktasche als auch in der spiralförmigen Drossel bleiben jedoch konstant. Das hat zur Folge, daß durch den geringen !Flüssigkeitsstrom im Spalt auch nur ein geringerer Druckunterschied zwischen der Zuführungsdrossel und den beiden Ringflächen besteht. Somit steigt der Druck im Spalt, wodurch die den Gleitschuh entlastende Kraft, d.h., die Kraft, die versucht den Gleitschuh von der Gegenfläche abzuheben,soweit erhöht wird, bis wieder ein Kräftegleichgewicht hergestellt ist.

Infolge des kombinativen Zusammenwirkens aller drei Anspruchsmerkmale werden mit dem Gegenstand der Erfindung sicher die Verhältnisse beherrscht, die sich beim Auftreten von die Druckkraft am Kolben erhöhenden bzw. vermindernden Zusatzkräften einstellen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das Verhältnis der Durchmesser der Drucktasche und des Kolbens vorzugsweise 1 : 1,25 bis 1 ι Λ ,4 beträgt, wobei der Durchmesser der Drucktasche zum Außendurchmesser des Gleitschuhes etwa wie 1 : 2 ausgebildet ist. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens entspricht der Durchmesser der Ringnut zwischen den beiden Stegringflächen mindestens dem Durchmesser des Kolbens. Diese Maßnahme gewährleistet ein Druckfeld am Steg auch in den Fällen, in denen beispielsweise durch Herstelr: lungsungenauigkeit am Kolbenkopf und der den Kolbenkopf aufnehmenden Kalotte im Gleitschuh Verformungen der Lauffläche des Gleitschuhes hervorgerufen werden.

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Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

die Figur 1 im Prinzip einen Längsschnitt durch

eine hydrostatische Axialkolbenmaschine der Schrägscheibenbauart;

die Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einen Kolbenkopf und einen Gleitschuh in der Zuordnung zu der Gegenfläche der Schrägscheibe;

die Figur 3 eine Ansicht auf die Lauffläche eines Gleitschuhes und

die Figur 4 einen Teilschnitt durch einen Gleitschuh mit Druckfelddarstellung.

Die Axialkolbenmaschine 1 (Pumpe oder Motor) der Figur 1 besitzt einen Trommelkörper 2, der auf der Welle 3 befestigt ist. Im Trommelkörper sind gleichmäßig um die Achse verteilt Längsbohrungen 4 angeordnet, die der Aufnahme von Kolben 5 dienen. Die Kolben stützen sich über den Kolbenkopf 6 umschliessende Gleitschuhe 7 an einer in ihrer Neigung einstellbaren Schrägscheibe 8 ab. Bei Drehung des Trommelkörpers 2 führen die Kolben 5 entsprechend der Neigung der Schrägscheibe 8 eine hin- und hergehende Bewegung aus.

Wie die Figur 2 erkennen läßt, ist der Kolbenkopf 6 in einer Kugelkalotte 9 des Gleitschuhes 7 allseitig schwenkbar eingebettet. Kolben und Kolbenkopf besitzen Bohrungen 10,100, durch die die hinter dem Kolben 5 anstehende Arbeitsflüssigkeit in nachstehend noch näher beschriebenetWeise dem Spalt 11 zwischen dem Gleitschuh 7 und der Gegenfläche 12 der Schrägscheibe 8 zugeführt wird.

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In Verlängerung der den Kolbenkopf durchsetzenden Bohrung 10 ist in den Gleitschuh eine Bohrung 13 kleinen Durchmessers als Zuführungsdrossel für'die Arbeitsflüssigkeit eingearbeitet. Die Zuführungs- · drossel 13 mündet in eine Drucktasche -14-, deren Größe derart bemessen ist, daß sie sich im Bezug auf ihren Durchmesser dem Durchmesser des Kolbenkopfes 6 nähert. Vorzugsweise ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Drucktasche 14 und dem Durchmesser des Kolbens 5 derart gehalten, daß dieses 1 : 1,25 bis 1 : 1,4 beträgt.

Der die Drucktasche umgebene Steg 15 der Gleitschuhlauffläche ist, wie auch die Figur 3 zeigt, mit Hilfe einer Ringnut 16 in zwei zueinander konzentrische Bereiche 17 und 18 aufgeteilt. In die Fläche des inneren Bereiches 18 ist zusätzlich durch kanalartige Vertiefung eine spiralförmige Drossel 19 eingearbeitet die ihren Ausgang an der Drucktasche 14 nimmt und in die Eingnute 16 mündet.

Im störungsfreien Normalbetrieb baut sich über der Lauffläche 15 des Gleitschuhes 7 ein Druckfeld auf, wie es in Figur 4 durch die schräge Strichlierung mit durchgehender Umrandung 20 gekennzeichnet ist. Die Lauffläche des Gleitschuhes schwimmt dann auf dem im Spalt sich befindenden Ölfilm in einem festgelegten Abstand zur Gegenfläche der Schrägscheibe. Sofern jetzt Störkräfte auftreten, die sich zu der Druckkraft am Kolben addieren, bewegt sich der Gleitschuh aus seiner normalen Betriebslage in Sichtung auf die Gegenfläche 12, d.h., der Spalt 11 verringert sich. Infolge dieser Verringerung erhöhen sich die hydraulischen Widerstände der beiden Eingflächenbereiche 17 und 18. Die hydraulischen Widerstände in der Zuführungsdrossel 13 und in der Spiraldrossel 19-

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bleiben dagegen kostant.

Durch den nunmehr geringeren Flüssigkeitsstrom im engeren Spalt tritt ein verminderter Druckunterschied zwischen der Zuführungsdrossel 13 und den beiden Ringflächen 1? und 18 auf. Folglich steigt der Druck im Spalt 11. Hierdurch wird wiederum die Kraft, die versucht den Gleitschuh 7 von der Gegenfläche 12 abzuheben, erhöht. Die Krafterhöhung dauert so lange an, bis das Gleichgewicht zwischen der Druckkraft am Kolben und der Gegenkraft im Spalt erreicht ist.Durch die Anordnung der spiralförmigen Drossel 19 als paralleler Widerstand zu dem von der inneren Ringfläche 18 gebildeten Widerstand entsteht eine hohe Entlastungskraftzunähme, die in der Figur 4 mit dem waagerecht gestrichelten Feld und gestrichelter Umrandung 21 gekennzeichnet ist.

Hebt der Gleitschuh von der Gegenfläche ab, bedingt durch Verhältnisse am Kolben, die die Druckkraft vermindern, so bewirkt die Anordnung der dünnen Zuführungsdr οsseli3 zwischen dem Kolbenkopf und der Drucktasche eine starke Zurücknahme der Entlastungskraft im Spalt. Aufgrund des Abhebens wird der Spalt vergrößert, so daß der Flüssigkeitsstrom zunimmt. Die hydraulischen Widerstände der beiden zueinander konzentrisch liegenden Ringflächenbereiche 1? und 18 verringern sich, so daß der Druckunterschied zu der Zuführungsdrossel steigt. Durch diesen Druckabfall nimmt auch die Kraft ab, die versucht den Gleitschuh von der Gegenfläche abzuheben. Diese Kraftabnahme ist hoch und führt zu einer Größe,wie sie durch die strichpunktierte Linie 22 der Figur 4- dargestellt ist,

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Die Druckfelddarstellung der Figur 4 veranschaulicht also mit besonderer Deutlichkeit, daß die erfindungsgemäße hydrostatische Lagerung des Gleitschuhes mit Hilfe eines Systems von 4 hydraulischen Widerständen, das ist die Zuführungsdrossel 13, die beiden Ringflächen 17 und 18 und die spiralförmige Drossel 19, alle Verhältnisse beherrscht werden, die sich beim Auftreten von die Druckkraft am Kolben erhöhenden bzw. vermindernden Zusatzkräften einstellen.

Ansprüche:

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Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit in, Längsbohrungen einer rotierenden Trommel uti deren Achse gleichmäßig verteilt angeordneten hin- und hergehenden Kolben, die sich über die Kolbenköpfe umfassende Gleitschuhe an einer die Hublänge der Kolben bestimmenden, gegebenenfalls in ihrer Neigung einstellbaren Gegenfläche, beispielsweise einer Schrägscheibe, abstürzen sowie Zuführung der Arbeitsflüssigkeit zu dem Spalt zwischen der Gleitschuhlauffläche ur.d der Gegenfläche über die in Längsrichtung durchbohrten Kolben, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, für sich teilweise bekannter Merkmale:

a) Die Gleitschuhlauffläche besitzt eine zentrale Drucktasche (14), deren Durchmesser sich dem Durchmesser des Kolbenkopfes (6) nähert;

b) zwischen dem Kolbenkopf (o) und der Drucktasche (14) ist im Gleitschuh (7) eine Längsbohrung (13) kleinen Durchmessers als Zuführungsdrossel für die Arbeitsflüssigkeit angeordnet;

c) zwischen der Drucktasche (14) und dem Aussendurchmesser des Gleitschuhes (7) ist ein in zwei durch eine Ringnut (16) voneinander getrennte konzentrische Bereiche (17) und (18) aufgeteilter Steg (15) gebildet, dessen innerer Bereich (18) eine durch eine Kanalartige Nut gebildete spiralförmige Drossel (19) größerer Länge aufweist.
2) Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Durchmesser der Drucktasche (14) und des Kolbens (5) vorzugsweise 1 : 1,25 bis 1 : 1,4 beträgt.
3) Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Drucktasche (14) zum Außendurchmesser

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des Gleitschuhes (7) etwa wie 1 : 2 ausgebildet ist.

4-) Hydrostatische Axialdolbenmaschine nach Anspruchi, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ringnut (16) zwischen den beiden Stegringflächen (17) und (18) mindestens dem Durchmesser des Kolbens (5) entspricht.

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