DE2365536C3 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Zylindertrommel, in deren Zylinderbohrungen Axialkolben gleiten, die sich über daran mittels Kugelgelenken angelenkte Gleitschuhe an einer im Gehäuse schwenkbar gelagerten Schrägscheibe abstützen, wobei jeder der Gleitschuhe auf seiner planen Gleitfläche eine ein zentrales kreisförmiges Entlastungsdruckfeld bildende Vertiefung aufweist, die über Verbindungskanäle in Gleitschuh und Kolben mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht.

Eine solche Axialkolbenmaschine ist beispielsweise bekannt durch die US-PS 36 57 970.

Bei bekannten Axialkolbenmaschinen dieser Art bleibt die Orientierung der Kolben in den Zylindern stets unverändert. Da auf die Kolben Querkräfte ebenfalls stets in der gleichen Richtung wirken, ergibt sich eine ständige einseitige mechanische und thermische Belastung der Kolben in den Zylinderbohrungen.

Durch die Entlastungsdruckfelder auf den Gleitschuhen erfolgt eine hydraulische Entlastung der Gleitschuhe. Es ist jedoch erforderlich, diese Entlastungsdruckfelder sehr genau zu dimensionieren. Sind die Entlastungsdruckfelder zu klein, dann ergeben sich, wenn die Maschine mit sehr hohen hydraulischen Drücken betrieben wird, recht erhebliche Reibungskräfte, die den Wirkungsgrad beeinträchtigen und zu Verschleiß führen. Sind die Entlastungsdruckfelder auch nur geringfügig zu groß, dann besteht die Gefahr, daß die Gleitschuhe von der Schrägscheibe abheben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs definierten Art so auszubilden, daß die Kolben eine langsame Drehbewegung ausführen, so daß sie gleichmäßig mechanisch und thermisch belastet weruen, und daß sich eine optimale Entlastung der Gleitschuhe unter weitestgehender Reduzierung der Reibung zwischen Gleitschuhen und Schrägscheibe ergibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Schrägscheibe gleitschuhseitig eine schwach konvex gekrümmte Oberfläche aufweist.

Dabei muß der auf der schwach sphärisch-konvexen Fläche abgestützte Gleitschuh bei der Umlaufbewegung ständig kleine Gelenkbewegungen ausführen, die zu einer langsamen Drehbewegung des Kolbens führen. Durch das Zusammenwirken der konvexen Schrägscheiben-Oberfläche und der planen Gleitschuhfläche tritt eine Art »Aquaplaning«-Effekt auf, d. h. der Gleitschuh wird auf der Auflaufseite der jeweiligen Bewegungsrichtung hydrodynamisch etwas angehoben, so daß er leicht beweglich ist. Das anfänglich etwas unterdimensionierte Druckfeld unter der Gleitfläche

ίο des Gleitschuhes wird dabei durch austretendes Drucköl vergrößert, so daß es der vom Kolben ausgeübten Kraft im wesentlichen die Waage hält. Auf der jeweiligen Bewegungsrichtung abgewandten Seite wird der innere Dichtbereich der planen Gleitfläche um die Vertiefung herum an die Schrägscheibe angedrückt und ist so zunächst einem Verschleiß unterworfen. Durch diesen Verschleiß wird aber die wirksame Fläche des Druckfeldes vergrößert, bis das Druckfeld schließlich die Kolbenkraft fast vollständig aufnimmt und ein weiterer Verschleiß praktisch nicht mehr eintritt

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
Fig. ί zeigt einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenr.iaschine mit schwenkbarer Schrägscheibe.

F i g. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Gleitschuh in Kontakt mit der konvexen Schrägscheibe.

Mit 10 ist ein Maschinengehäusc bezeichnet, daß durch einen Deckelteil 12 abgeschlossen ist. In dem Maschinengehäuse 10 und in dem Deckelteil 12 ist eine Welle 14 in Lagern 16, 18 gelagert. Das Maschinengehäuse 10 weist eine sphärische Anlagefläche 20 auf. Um die sphärische Anlagefläche herum ist eine Nut 22 vorgesehen. Auf der Welle 14 sitzt ein Zylinder 24 mit Zylinderbohrungen 26, die mit Kanälen 28 verbunden sind, welche in der in Fig. 1 linken Stirnfläche der Zylindertrommel münden. In den Zylinderbohrungen 26 gleiten Axialkolben 30. Die Zylindertrommel 24 ist im Bereich ihrer beiden Enden mit glatt zylindrischen zentralen Bohrungen 32, 34 versehen, welche die Welle 14 mit enger Passung umschließen, so daß die Zylindertrommel 24 genau auf der Welle gehalten ist. Zwischen den glattzylindrischen Bohrungen 32 und 34 ist eine Keilverbindung 36 zwischen Welle und

•'s Zylindertrommel vorgesehen, so daß die Zylindertrommel 24 axial beweglich aber relativ zu der Welle unverdrehbar auf der Welle 14 geführt is».

In dem Gehäuse 10 ist ein Schrägscheibenträger 38 um eine Achse 40 schwenkbar gelagert Der Schrägscheibenträger 38 trägt eine Schrägscheibe 42, deren in Fig. 1 linke, der Zylindertrommel 24 zugewandte Fläche 44 schwach sphärisch-konvex gekrümmt ist. Auf der Schrägscheibe 42 stützen sich die Kolben 30 über Gleitschuhe 46 ab. Die in F i g. 1 linke Stirnseite der Zylindertrommel 24 stützt sich unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 48 an der sphärischen Anlagefläche 20 ab.

Bei einer Drehbewegung der Welle 14 mit der Zylindertrommel 24 werden die Axialkolben 30 in bekannter Weise aus den Zylinderbohrungen 26 heraus- und wieder in diese hineinbewegt. Durch eine Umsteuerung werden die Zylinderbohrungen 26 über die Kanäle 28 abwechselnd mit einem Hochdruck- oder einem Niederdruckanschluß 50 verbunden, so daß bei Pumpenbetrieb öl über den Niederdruckanschluß angesaugt und über den Hochdruckanschluß ausgeschoben wird.

Durch die Welle 14 und die Führung mittels der glatt

zylindrischen Bohrungen 32 und 34 ist die Orientierung der Zylindertrommel 24 im Gehäuse festgelegt Es wäre also keine Möglichkeit gegeben, daß sich die in F i g. 1 linke Stirnfläche der Zylindertrommel 24 nach der gehäusefesten Anlagefläche"20 ausrichtet. Durch Bearbeitungsgenauigkeit allein kann aber nicht erreicht werden, daß sich die Zylindertrommel 24 mit ihrer vorgegebenen Orientierung dicht an die Anlagefläche 20 anlegt Aus diesem Grunde ist die Zwischenscheibe 48 vorgesehen. Diese Zwischenscheibe weist aul ihren beiden Stirnseiten sphärische Flächen auf, von denen der Krümmungsradius der in F i g. 1 linken Fläche dem Krümmungsradius der Anlagefläche 20 entspricht und der Krümmungsradius auf der in F i g. 1 rechten Fläche dem Krümmungsradius der Stirnfläche der Zylindertrommel 24 entspricht In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der letztere Krümmungsradius unendlich, d. h. die rechte Stirnfläche der Zwischenscheibe 48 und die linke Stirnfläche der Zylindertrommel 24 sind plan. Wenn die Zwischenscheibe 48 ht.isichtlich ihrer Radial- und Schwenkbewegung frei ist, dann können Unterschiede hinsichtlich der Orientierung der Anlagefläche 20 und der Zylindertrommel 24 durch die Zwischenscheibe 48 streng ausgeglichen werden.

Die Zwischenscheibe 48 ist selbst als Umsteuerung ausgebildet und weist einen Steuerspiegel mit zwei nierenförmigen Steueröffnungen 52 und 54 auf, die mit dem Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluß verbunden sind. Die Zwischenscheibe 48 ist zu diesem Zweck in ihrer Lage um die Achse der Welle 14 Fixiert, aber so, daß eine Ausrichtung der Zwischenscheibe 48 nach der Anlagefläche 20 und der Stirnfläche des Zylinderblocks 24 möglich ist

Die Zwischenscheibe 48 weist einen zentralen Durchbruch 86 auf, durch den die Welle 14 mit Abstand von den Wandungen des Durchbruches hindurchgeführt ist, so daß auch die Welle 14 die Ausrichtbewegung der Zwischenscheibe 48 nicht behindert.

An den Enden der Kolben 30 sind Gelenkkugeln 88 vorgesehen, die von Pfannen 90 an den Gleitschuhen 46 umgriffen werden. An die Pfannen 90 schließen sich flanschartige Randteile 92 an, die eine plane Gleitfläche 94 besitzen. In der planen Gleitfläche 94 ist jedoch eine zentrale Vertiefung 96 vorgesehen, deren Durchmesser etwa dem Durchmesser der Zylinderbohrung 26 entspricht. Diese Vertiefung 96 ist über Kanäle 98 und 100 mit der Zylinderbohrung 96 verbunden, so daß ein Entlastungsdruckfeld gebildet wird, welches der über den Kolben 33 wirkenden hydraulischen Andruckkraft entgegenwirkt Durch eine Abflachung 102 der Gelenkkugel 88 wird in üblicher Weise sichergestellt daß bei den verschiedenen Schwenklagen der Schrägscheibe 42 stets eine Verbindung zwischen den Kanälen 98 und 100 hergestellt ist

Durch die schwach sphärisch-konvex gekrümmte Oberfläche 44 werden dabei die Anwinkelungen der Gleitschuhe 46 gegen die Kolben 30 ständig geändert Es entsteht dadurch eine zusätzliche langsame Drehbewegung der Kolben 30 in ihren Zylinderbohrungen.

Die Gleitschuhe 46 sind mit den Randteilen 92 mittels eines darübergreifenden Lochkranzes 104 an die Schrägscheibe 42 angedrückt Der Lochkranz 104 ist mittels einer konkav-sphärischen Lagerfläche 106 auf einer um den Durchstoßpunkt der Wellenachse durch die Ebene der Mittelpunkte der Gelenkkugeln 88 gekrümmten konvex-sphärischen Außenfläche einer Andrückbuchse 108 gelagert. Die Andrückbuchse 108 ist von Federn 110 belastet. Dadurch werden die Gleitschuhe auch auf der Saugseite in sicherer Anlage an der Oberfläche 44 der Schrägscheibe 42 gehalten.

Die Mittelpunkte der Gelenkkugeln 88 durchlaufen bezogen auf die schwach ballige Oberfläche 44 der geneigten Schrägscheibe 42 eine elliptische Bahn, der auch die mit ihrem flanschartigen Randteil 92 versehenen Gleitschuhe dank ausreichend großer Löcher des Lochkranzes folgen können. Der Durchstoßpunkt der Achse der Welle 14 durch die die Mittelpunkte der Gelenkkugeln 88 enthaltende Ebene zentriert dabei den Lochkranz 104, der eine entsprechend dem Radius der Oberfläche 44 gekrümmte konkave Anlagefläche zur Anlage an den flanschartigen Randteilen 92 aufweist.

Der Krümmungsradius der Fläche 44 der Schrägscheibe 42 steht zum Radius des Entlastungsdruckfeldes 96 in einem Verhältnis über 200 :1. Die Oberfläche 44 der Schrägscheibe 42 ist daher sehr schwach gekrümmt, so daß sich zwischen den planen Teilen der Gleitfläche 94 und der Oberfläche 44 ein ringförmiger keilförmiger Spalt bildet.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Schrägscheibe 42 um eine durch den besagten Durchstoßpunkt hindurchgehende und somit die Achse der Welle 14 schneidende Achse 40 verschwenkbar. Das beschriebene System würde aber auch eine Verschwenkung der Schrägscheibe 42 um eine gegenüber der Achse 40 etwas parallelversetzte, d. h. die Achse der Welle 14 nicht schneidende Achse zulassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Axialkolbenmaschine mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Zylindertrommel, in deren Zylinderbohrungen Axialkolben gleiten, die sich über daran mittels Kugelgelenken angelenkte Gleitschuhe an einer im Gehäuse schwenkbar gelagerten Schrägscheibe abstützen, wobei jeder der Gleitschuhe auf seiner planen Gleitfläche eine ein zentrales kreisförmiges Entlastungsdruckfeld bildende Vertiefung aufweist, die über Verbindungskanäle in Gleitschuh und Kolben mit der Zylinderbohrung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (42) gleitschuhseitig eine schwach konvex gekrümmte Oberfläche (44) aufweist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der •konvexen Schrägscheiben-Oberfläche (44) zum Radius des Entlastungsdruckfeldes (96) in einem Verhältnis über 200 :1 steht