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Axialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine
mit in einer umlaufenden, gegen eine teuerfläche mit zwei Steuerkanälen anliegenden
Zylindertrommel angeordneten Zylindern, in denen Kolben verschiebbar sind, wobei
jeder Kolben durch einen Gleitschuh gegen eine zur Zylindertrommelachse schräg angeordnete,
als Kolbenführungsfläche dienende Gleitfläche an einer Schrägscheibe abgestützt
ist, wobei in jedem -Gleitschuh ein zur Gleitfläche offener Druckpolsterraum für
die hydrostatische Abstützung angeordnet ist,.der über einen Kanal im Kolben und
im gleitschuh mit dem Arbeitsraum vor der Stirnfläche des Kolbens in Verbindung'steht.
Die Axialkolbenmaschine kann ein Axialkolbenmotor oder vorzugsweise
eine
Axialkolbennumpe sein. Die Schrägscheibe kann für konstanten Hub fest eingestellt
oder verschwenkbar sein. Beim Umsteuervorgang an der Steuerfläche wird während des
Überschleifens des Trennsteges zwischen den beiden Steuerkanälen der Druck des Arbeitsmediums
im Zylinder vom Druck im Niederdrucksteuerkanal auf den des ochdrucksteuerkanals
erhöht oder umgekehrt. Dabei entstehen beim Ansteuern des Kanales, der jeweils mit
dem Zylinder bei Verlassen des Trennsteges verbunden wird, erhebliche Druclistöße.
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Zum Vermeiden derartiger Druckstöße ist es bei Asialkolbenmaschinen,
insbesondere in Triebflanschbauweise, bekannt, den Trennsteg zwischen den Steuerkanälen
derart breit zu gestalten, daß bei Überschleifen des Trennsteges der Kolben in dem
zugeordneten Zylinder schon einen merkbaren Hub ausführt, so daß das Arbeitsmediur,l
expandiert bzw. vorkomprimiert wird, bevor die Zylinderöffnung den folgenden Steuerkanal
erreicht. Das ist nur durchführbar, wenn der Trennsteg breiter ist als dem jberdeckungsgrad
1 entsprechend.
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Diese Vorkompression und Vorepansion ist vom Schwenkwinkel abhängig
und kann bei gegebenem Schwenkwinkel jeweils nur auf ein bestimmtes Druckverhältnis
erfolgen.
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Das hat wiederum zur Folge, daß der Steuerkanal kürzer ist als bei
optimaler Länge möglich. Das wiederum behindert
auf der Saugseite
die Füllung des Zylinders, insbesondere das Einsaugen bei einer aus dem Behälter
ansaugenden Pumpe, so daß die Förderleistung der Pumpe beeinträchtigt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorkompression bzw.
Vorexpansion im Zylinder zu ermöglichen, ohne die Steuerkanäle kürzer zu machen,
als es ihrer optimalen Länge entspricht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Axialolbenaschine der eingangs
genannten Art in der Sehrägscheibe mindestens ein Verbindungskanal angeordnet, der
mit zwei Oeffnungen in die Gleitfläche mündet, wobei eine dieser ?.4ffnungen in
dem Bereich der Gleitfläche liegt, die dem Trennsteg der Steuerfläche gegenüber
liegt, und die andere dieser Öffnungen in einem Bereich der Gleitfläche liegt, der
einem Steuerkanal in der Steuerfläche gegenüber liegt. Vorzugsweise ist in der Schrägscheibe
gegenüber jedem Trennsteg eine solche Verbindungskanal-Anordnung vorgesehen, wobei
jeweils in dem Verbindungskanal gegenüber dem einen Trennsteg eine Vorkompression,
in dem Verbiidungskanal gegenüber dem anderen Trennsteg eine Nachexpansion erfolgt.
Da das Druckposter in dem Gleitschuh über den in Gleitschuh und Kolben angeordneten
Kanal mit dem Zylinderraum vor der Stirnfläche des Kolbens in Verbindung steht,
wird somit über die Öffnung in
der Gleitfläche der Verbindungskanal
jeweils mit dem Zylinderraum in Verbindung gebracht, wenn der Zylinder vor dem Trennsteg
in der Fteuertläche liegt, wobei die andere Öffnung des Verbindungskanals nit dem
Druckpolsterraum in dem Gleitschuh eines anderen Kolbens in Verbindung steht, während
dieser andere Kolben vor einer Steueröffgnung im Steuerspiegel liegt, so daß mittels
des Verbindungskanals ein ßu- bzw. hb-Pühren von Arbeitsmedium aus dem Zylinderraum,
der vor dem Trennsteg liegt, während des iberschleifens des Trennsteges moglich
ist, in den Zylinder hincin oder aus dem Zylinder hinaus, der vor einer Steueröffnung
liegt. somit kann mittels des Verbindungskanals eine nliche Wirkung erzielt werden
wie sie bei Axialkolbenmaschinen mit einem Trennsteg, der breiter ist als dem Überdeckungsgrad
1 entsprechend, durch offene Nuten im Trennsteg erzielt werden kann. Bei der Ausgestaltung
gemäß der Erfindung braucht jedoch der Trennsteg nicht beeinflußt zu werden, da
die geringe Arbeitsmediummenge über den Verbindungskanal ausgetauscht werden kann,
der in der Schrägscheibe günstiger unterzubringen ist als in der eteuerfläche. Die
Vorkompression entspricht jeweils dem tatsächlich bestehenden Druckverhältnis.
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In diesem Zusammenhang ist festzustellen, daß es auch hF reits bekannt
ist, bei einer Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art eine Bohrung in der
Gleitfläche anzuordnen,
die einerseits in die Gleitfläche und andererseits
in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine mündet, wobei diese Bohrung derartig angeordnet
ist, daß die Zündung dieser Bohrung in der Gleitfläche mit dem Druckpolster in einem
Gleitschuh in Verbindung steht, wenn der zu dieser Gleitschuh gehörige Kolben vor
dem ebenfalls mit Überdeckungsgrad größer als eins ausgestalteten Trennsteg liegt
-Sonderfalle nur bei bestimmten Ausschwenklagen der Schräg scheibe mit dem Druckpolsterraum
ia Gleitschuh in Verbindung kommt. Auch hierdurch ist bereits eine Vorexpansion
während des Überschleifens des Trennsteges ermöglicht, jedoch immer nur auf den
Gehäuseinnendruck und nicht auf den Druck in der Saugleitung. Dieser Druck in der
Saugleitung wird insbesondere bei in geschlossenem j'rreislauf arbeitenden pumpen
und bei Pumpen, bei denen zur Vernieidung von Kavitation bei hohen Drehzahlen das
Arbeitsmedium unter Druck zugeführt wird, erheblich über dem Gehäusedruck liegen.
Diese Ausgestaltung ermöglicht auch nicht eine Vorkompression bei Überschleifen
des Trennsteges, nach dessen Verlassen der jeweilige Zylinder mit dem den Hochdruck
führenden Kanal in Verbindung kommt (DT-OS 2 115 350).
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Der eine dieser Nachteile der bekannten Einrichtung, nämlich der,
daß eine Vorexpansion nur auf Gehäuse innendruck, nicht auf den Druck im Saugkanal
möglich ist, kann in ftnwendung
der vorliegenden E-rfindung dadurch
umgangen werden, daß die zweite Öffnung des Verbindungskanals ständig unmittelbar
oder mittelbar mit delll Saugkanal in Verbindung steht, so daß also der Verbindungskanal
einerseits gegenüber dem Trennsteg in der Gleitfläche mündet, mit der zweiten ijfI-nung
aber nicht in der Gleitiläche mündet sondern dauernd mit dem Saugkanal in Verbindung
steht. Das setzt voraus, daß die ixial!olbenmaschinc nur in einer Förderrichtung
arbreitet, d. Ii. immer der gleiche Kanal Saugkanal ist oder ein entsprechendes
Umsteuerventil vorgesehen wird. Weiterhin ist diese \usgestaltung nur für offenen
iCreislauf ohne weiteres anwendbar. Bei geschlossenem Freilauf entsteht über die
tiffnullg, die ständig mit der Niederdruckseite in Verbindung steht, dann mit dem
Gehäuse Kurzschluß, wenn die Oeffnung in der Gleitfl.iche während der Fortbewegung
der Gleitschuhe zwischen zwei Gleitschuhen liegt. Um solchen Isurzschluß zu vermeiden,
müßte ggf. ein Rückschlagventil vorgesehen sein, das dann aber bei hohen Drehzahlen
entsprechend der Zylinderzahl mit hoher Frequenz arbeiten müßte. Liegt die zweite
Öffnung des Verbindungskanals in der Gleitfläche und steht über einen Gleitschuh
mit dem Saugkanal in Verbindung, so kann entweder darauf geachtet werden, daß jeweils
beide öffnungen des Verbindungskanals jeweils gleichzeitig von einem Gleitschuh
überdeckt sind und gleichzeitig frei liegen oder es müssen entsprechende
Maßnahmen
ergriffen werden.
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Bei einem Verbindungskanal mit zwei in die Gleitfläche mündenden tffnungen
gemäß der Erfindung liegt æweckmäßigerweise die zweite dieser Öffnungen in einem
Bereich der Gleitfläche, die dem Steuerkanal gegenüber liegt, den bei der gegebenen
Drehrichtung der Zylindertrommel der jeweilige Zylinder nach ü.berschleifen.des
Trennsteges erreicht.
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Für konstante Drehrichtung kann eine Verstelleinheit mit zwèi symmetrischen
Steuerkanälen bzw vier Steuerbohrungen in der Laufscheibe (gegenüber den Totounkten)
ihre Förderrichtung umkehren (reversieren),- wobei Vorkompression bzw.
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Nachexpansion. erhalten bleibt. (Zyklische Vertauschung) Um derartige
Axialkolbenmaschinen in einheitlicher Ausführung in großer Stückzahl auf Vorrat
halten zu können, können derartige Axialkolbenmaschinen mit zwei Verbindungskanälen
vorgesehen sein, von denen jeder auf einer Seite des Trennsteges mündet. Wird beispielsweise
bei der Auslieferung einer derartigen Axialkolbenmaschine angegeben; ob sie in dem
einen oder in dem anderen Drehsinn betrieben wird, so kann vor Auslieferung einer
dieser auf Lager gehaltenen Axialkolbenmaschinen in dieser einer der beiden Verbindungskanäle,
beispielsweise durch. einen Stopfen,
geschlossen werden, oder es
kann auch ein Verbindungskanal mit drei Öffnungen vorgesehen sein, wobei eine Öffnung
dem Trennsteg gegenüber liegt und die beiden anderen Öffnungen jeweils einem der
Steuerkanäle gegenüber liegen, wobei jeweils ein Teilabschnitt dieses Verbindungskanals
bei Auslieferung durch einen Stopfen verschlossen wird. Gegebenenfalls kann auch
ein selbsttätiges Verschließen eines der beiden Kanäle im Betrieb, beispielsweise
durch entsprechende Umsteuerventile, vorgesehen sein, so daß die Axialkolbenmaschine,
insbesondere ein Axialkolbenmotor, seinen Drehsinn im Betrieb andern kann.
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Das Mündungsteil einzelner oder aller Öffnungen des Verbindungskanals
in die Gleitfläche kann zu Vorsteuernuten keilförmig erweitert sein. Die Öffnungen
können auch auf verschiedenem Teilkreis bzw. zum Teilkreis versetzt, d. h. auf verschiedenen
Radien in der Gleitfläche angeordnet sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, anhand dessen die Wirkungsweise erläutert wird.
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Figur 1 zeigt einen Axialschnitt durch die Axialkolbenmaschine, Figur
2 zeigt eine Draufsicht auf die Schrägscheibe mit der Gleitfläche, Figur 3 zeigt
eine angeschnittene Seitenansicht zu Figur 2 und Figur 4 zeigt eine andere Seitenansint
zu Figur 2.
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Die Zylindertrommel l ist auf der Welle 2 gelagert und liegt gegen
eine Steuerfläche 3 an, die ihrerseits mittels eines Bolzens 4 drehfest an dem Gehäusedeckel
5 gelagert ist. In der Zylindertrommel l sind Zylinder 6 angeordnet, in denen Kolben
7 verschiebbar sind, wobei jeder Kolben 7 mittels eines Gleitschuhes 8 gegen die
Gleitflache 9 abgestützt ist. Die Gleitfläche 9 ist an der Schrägscheibe 10 gebildet.
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In jedem Gleitschuh 8 ist eine Ausnehmung ii vorgesehen, die einen
Druckpolsterraum bildet und mittels eines Verbindungskanals, der durch'die Bohrung
12 im Gleitschuh 8
und die Bohrung 13 im Kolben 7 gebildet ist,
mit dem Raum im Zylinder 6 vor der Stirnfläche des Kolbens 7 in Verbindung steht.
Der Gleitschuh 8 liegt mittels zweier Dichtleisten 14, zwischen denen noch ein Nut
15 angeordnet ist, gegen die Gleitfläche 9 an.
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In der Schrägscheibe 10 sind zwei Bohrungen 16 und 17 angeordnet.
Von der Bohrung 16 aus gehen zwei Bohrungen 18 und 19 in die Gleitfläche 9. Von
der Bohrung 17 aus gehen zwei Bohrungen 20 und 21 in die Gleitfläche 9.
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Die Mittellinie 25 führt bei jedem zentrisch über die Gleitfläche
9 gelegten Kreis über dessen tiefsten Punkt und dessen höchsten Punkt. In der Axialkolbenmaschine
erreicht also jeder Kolben 7 seinen oberen (inneren) Totpunkt, wenn der Zylinder
die Mittellinie 25 in Figur 2 unten passiert.
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In dieser Lage liegt der Zylinder vor einem Trennsteg. Ist die Axialkolbenmaschine
eine Pumpe, so gelangt bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn im Sinne des Pfeiles 24
dann der Zylinder an der Steuerfläche 3 mit dem Saugkanal in Verbindung,
bis
er durch den anderen Trennsteg abgeschlossen wird, der dem in Figur 2 oberen Bereich
der Gleitfläche 9 gegenüber liegt, wobei der Kolben 7 seine untere (äußere) Totpunlctlage
einnimmt, wenn die Zylinderachse die Mittellinie 25 in Figur 2 oben passiert. Entsprechend
ist jeder Zylinder, der in Figur 2 gegen die linke Seite deStleitfiäche 9 abgestützt
ist, mit dem Druckkanal in der Steuerfläche 3 verbunden. Die Bohrung 20 ist von
der Mittellinie 25 in einer solchen Entfernung angeordnet, daß sie den Durchmesser
der Ausnehmung 11 im Gleitschuh 8 berücksichtigt. Wenn eine solche Ausnehmung 11
im Gleitschuh 8 vor der Mündung der Bohrung 20 liegt, liegt die Ausnehmung 11 des
dem benachbarten Kolben 7 zugeordneten Gleitschuhes 8 vor der Mündung der Bohrung
21 und der Gleitfläche 9. Während aber der Zylinder 6, dessen Gleitschuh 8 über
der Mündung der Bohrung 20 liegt, durch den Trennsteg in der Steuerfläche 3 abgeschlossen
ist, steht der Zylinder 6, dessen Gleitschuh 8 über der Mündung der Bohrung 21 liegt,
mit dem Saugkanal 22 in der Steuerfläche 3 in Verbindung. Somit kann das Arbeitsmedium
in dem Zylinder 6,
der durch den Trennsteg in der Steuerfläche
3 abgeschlossen ist, durch den durch die Bohrungen 20, 17 und 21 gebildeten Verbindungskanal
in die Ausnehmung 11 des Gleitschuhes 8 expandieren, dessen zugeordneter Zylinder
vor dem Saugkanal 22 liegt. Es erfolgt somit eine Expansion aus dem durch den Trennsteg
in der Steuerfläche 3 abgeschlossenen Zylinder durch den Verbindungskanal 20, 17,
21 in den mit dem Saugkanal 22 in Verbindung stehenden Zylinder. Somit erfolgt eine
Vorexpansion durch die Schrägscheibe 10 hindurch. Dadurch wird der Umsteuervorgang
verbessert. Es werden Druckstöße und damit Geräusche vermieden. Trotzdem werden
alle Maßnahmen vermieden, die das Einsaugen in den Zylinder 6 oder Fördern aus dem
Zylinder 6 heraus beeinträchtigen können, d. h. der Trennsteg in der Steuerfläche
3 braucht nicht größer zu sein als unbedingt erforderlich ist.
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Jede der Bohrungen 17 und 18 ist durch je einen Verschlußstopfen 23
verschlossen.
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Entsprechend ist durch den durch die Bohrung 19, die Bohrung 16 und
die Bohrung 18 gebildeten Verbindungskanal der
Zylinder, der vor
dem Trennsteg liegt, der in Figur 2 dem oberen Teil der Gleitfläche 9 zugeordnet
ist, in Verbindung mit dem Zylinder, der vor dem Druckkanal in der Steuerfläche
3 liegt, so daß unter dem hohen Druck im Drucldkanal stehendes Arbeitsmedium durch
den Verb indungskanal 13, 12 und die Ausnehmung 11 in dem Kolben in dem Zylinder
vor den Druckkanal in den Verbindungskanal 19, i6, 18 fließen kann und von diesem
aus in den Zylinder, der durch den in Figur 2 oberen Trennsteg abgeschlossen ist,
d. h. das Auf- und Zusteuern der,Verbindungskaxnäle 19, 16, 18 und 20, 17, 21 erfolgt
durch die Dichtleisten 14 in den Gleitschuhen 8. Dabei sind die Mündungen der Bohrungen
21 und 19 bzw. 20 und 8 derart gelegt, daß niemals die Ausnehmung 11 eines Gleitschuhes,
dessen zugeordneter Zylinder vor einem Steuerkanal liegt, vor der Mündung einer
dieser Bohrungen 21 oder 19 liegt, wenn nicht gleichzeitig ein benachbarter Gleitschuh
vor der Mündung der Bohrungen 20 bzw. 18 liegt oder umgekehrt, so daß immer entweder
die Mündungen beider Bohrungen 20 und 21 oder beider Bohrungen 19 und 18 von einem
Gleitschuh
8 überdeckt sind oder beide Mündungen frei von einem
Gleitschuh sind.
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Patentansprüche