DE3742303C2 - Hydrostatische Kolbenmaschine mit Ölspülung - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft die Ölspülung in hydrostatischen Kolbenmaschinen mit umlaufendem zur Aufnahme der Arbeitskolben dienendem Zylinderkörper, welcher mit einem stationären Steuer­ spiegel ein Gleitlager bildet und die den Zylinderkörper auf­ nehmende Triebwelle in einer Lagerbohrung eines Steuerkopfes an­ geordnet ist, welche mit der separaten Ölführung Verbindung auf­ weist. Anwendung findet diese Ölspülung vorzugsweise in als Pumpe oder Motor ausgebildeten spiegelgesteuerten hydrostatischen Axial­ kolbenmaschinen mit konstantem oder variablem Hubvolumen.

Bekannt sind hydrostatische Axialkolbenmaschinen (DE-AS 1 453 452). mit umlaufendem, an einem stationären Steuerkopf anliegenden Zylinderkörper, welcher die axialbeweglich angeordneten Arbeits­ kolben aufnimmt. Um die Leckölverluste derartiger Axialkolben­ maschinen zu minimieren und für eine ausreichende Schmierung zu nutzen, wird das beiderseits der nierenförmig ausgebildeten Steuerschlitze in der Ebene des Gleitlagers austretende Lecköl in äußeren sowie inneren Ringkanälen gesammelt und über einen separaten Leckölkanal zur Niederdruckseite abgeführt. Im Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 8 dieses Standes der Technik besitzen die als Ringkanal ausgebildete innere Ausnehmung über die Lager­ bohrung der Triebwelle sowie einen anschließenden radialen Leck­ ölkanal Verbindung zur Niederdruckseite. Außerhalb der Steuer­ schlitze ist weiterhin eine kreisringförmige Ausnehmung im Steuer­ kopf angeordnet, von welcher radiale Nuten in den Gehäuseinnen­ raum führen. Dieses angesammelte und zu Schmierzwecken benutzte Lecköl wird über ein drehzahlabhängiges Ventil im Zylinderkörper gesteuert und der inneren Leckölzone im Bereich der Triebwelle zugeführt. Diese drehzahlabhängige Steuerung der Leckölführung sichert hierbei die Anpressung des Zylinderkörpers ebenfalls drehzahlabhängig an den Steuerspiegel und soll die Leckölver­ luste ihn Steuerspiegelbereich minimieren.

Weiterhin ist eine Spül- und Schmiereinrichtung für hydrosta­ tische Axialkolbenmaschinen bekannt (DD-PS 1 31 948), welche eine gezielte Steuerung des Spül- und Leckölstromes auf bestimmte Elemente, wie z. B. Gleitschuhe der Arbeitskolben und Radiallager des Zylinderkörpers bezweckt. Somit erfolgt zwangsweise eine permanente Schmierung derartiger Lagerbauteile einer Axialkolben­ maschine, welche einen umlaufenden und an einem Steuerspiegel anliegenden Zylinderkörper mit axialangeordneten Arbeitskolben aufweist. Genannte Steuerung des Spül- und Leckölstromes erfolgt mittels Stellkolben des als Wiege ausgebildeten Bewegungswand­ lers, welchem radiale Kanäle im Gehäuse bzw. Zylinder überdecken bzw. freigeben. Diese Kanäle verbinden hierbei einen inneren Leckölraum an der Peripherie des Zylinderkörpers sowie einen äußerten Leckölraum im Bereich des Bewegungswandlers, an dem die Gleitschuhe der Arbeitskolben zur Anlage kommen. Am Gleitlager zwischen Zylinderkörper und Steuerspiegel anfallendes Lecköl ge­ langt somit vom inneren Leckölraum in die radialen Kanäle des Gehäuses und wird über Aussparungen der Stellkolben in den äuße­ ren Leckölraum abgesteuert, wonach es in einen nicht dargestellten Niederdruckbehälter gelangt.

Mit den angeführten hydrostatischen Kolbenmaschinen des bekannten Standes der Technik wird zum einen mittels Drosseleinrichtungen ein bestimmter Lecköldruck erzeugt, welcher der Anpressungsände­ rung des Zylinderkörpers an den Steuerspiegel dient.

Zum anderen ist ein Druckausgleich zwischen den Leckölräumen bei­ derseits eines Wälzlagers für die Außenlagerung des Zylinderkör­ pers beabsichtigt und erforderlich.

Beide Lösungswege sind jedoch nicht geeignet, hohe Temperaturen des Lecköles im Inneren der Kolbenmaschinen mittels eines Spül­ ölstromes zu vermeiden bzw. mit begrenzten Öltemperaturen die Viskosität des Öles in bestimmten Grenzen zu halten. Bei tempera­ turbedingter Unterschreitung derartiger Grenzwerte der Viskosität des Öles werden die Schmierspalte in den jeweiligen Gleitlagern so gering, daß Mischreibung eintritt und sogenannte "Fresser" an den Gleitflächen unvermeidlich sind.

Bekannt ist außerdem eine Kühleinrichtung für den Steuerspiegelkörper einer hydrostat. Axialkolbenmaschine (DE-AS 1 453 459), die eine übermäßige Er­ wärmung dieses Steuerspiegelkörpers vermeiden soll. Diese Kühleinrichtung wird vom Niederdruck-Anschluß (Einlaß) oder einer separaten Druckmittel-Quelle gespeist, wobei ein Zuflußkanal mit einer Drossel versehen ist und zu ring­ nutförmigen Kühlkanälen der Steuerspiegelscheibe führt. Über Abflußöffnungen sind die Kühlkanäle mit einem entlastetem Ringraum (Innenraum) verbunden, der sich an der Peripherie der Steuerspiegelscheibe befindet. Außerdem ist dieser Ringraum über Schrägbohrungen im rotierenden Zylinderkörper mit einer Ringnut im Steuerspiegel verbunden, wodurch Druckflüssigkeit von den Steueröffnungen über genannte Ringnut sowie durch Zentrifugalwirkung der Schrägbohrungen dem peripheren Ringraum um die Steuerspiegelscheibe zugeführt wird.

Beabsichtigt ist hierdurch eine Schmierung des Steuerspiegels von innen nach außen, d. h. von den Steueröffnungen zur Ringnut an den Schrägbohrungen, während der Steuerspiegel im äußeren Bereich vom Kühlkanal ausgehend ge­ schmiert wird.

Mit dieser Kühleinrichtung soll die Aufheizung des Steuerspiegelkörpers reduziert und die Schmierung des Steuerspiegels sowie dessen Verwerfung verhindert werden. Das zur Kühlung abgezweigte Medium verursacht be­ kannterweise Druckverluste, die auch bei geringer Größe ein höheres Druck­ niveau gegenüber dem Leckdruck voraussetzen. Eine Abzweigung von Kühlöl aus dem Hochdruckkanal, d. h. der Steueröffnung bedeutet Wirkungsgradverlust der Axialkolbenmaschine. Eine Kühlung und Schmierung weiterer Lagerstellen bzw. Gleitpartner innerhalb der Axialkolbenmaschine, außer der vorgesehenen Steuerspiegelscheibe, ist nicht möglich und auch nicht beabsichtigt. Eine Kühlung des Steuerspiegels über eine Drossel aus der Niederdruckseite funktioniert nur, wenn über die Drossel ein Druckgefälle vorhanden ist, d. h. bei Geräten im geschlossenen Kreislauf, mit vorgespannter Niederdruckseite. Bei Pumpen, die im offenen Kreislauf arbeiten, wird auf der Niederdruckseite angesaugt, dies führt zum umgekehrten Durchfluß durch die erfindungsgemäße Drossel und zum Absaugen aus dem Schmier-/Kühlkanal. Diese Lösung ist somit für Geräte im offenen Kreislauf nicht geeignet und begrenzt daher die Einsatzmöglichkeiten dieser Kühleinrichtung wesentlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hydrostatische Kolbenmaschinen mit separater Ölspülung zu schaffen, welche die zwangsweise Schmierung und Kühlung von als Gleit- oder Wälzlager ausgebildeten Bauteilen dieser Kolbenmaschine zwecks Reduzierung der Reibwerte sowie mechanische Verluste gewährleistet bei gleichzeitiger optimaler Wärmeableitung, insbesondere im Bereich der mechanisch hochbeanspruchten Lagerstellen/Gleitpartner.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß im Steuerkopf der hydrostatischen Kolbenmaschine zusätzlich zum ersten Leckölkanal, der mit der Lagerbohrung der Triebwelle verbunden ist, ein weiterer, mit dieser jedoch nicht direkt verbundener Leckölkanal vorhanden ist, welcher über einen Anschlußkanal und eine äußere Ringnut des Steuerkopfes zum Außenraum des Gehäuses führt. Von genannter Lagerbohrung abgeführter erster Leckölkanal wird über einen Anschlußkanal sowie eine innere Ringnut des Steuerkopfes zu einem Innenraum des Zylinderkörpers geführt, welcher mit genanntem Außenraum in Verbindung steht.

Mit dieser Kanalanordnung wird innerhalb des Gehäuses der Kolbenmaschine ein Spulkreislauf realisiert, der eine notwendige Temperatursenkung gewähr­ leistet und damit der Vermeidung von Funktionsausfällen des hydrostatischen Gerätes vorbeugt. Der erreichbare Kühl- und Schmiereffekt dieses erfindungs­ gemäßen Ölkreislaufes sichert eine Minimierung des Verschleißes an hochbelaste­ ten Funktionsteilen der Kolbenmaschine sowie deren Einsatz in offenen und geschlossenen hydrostatischen Kreisläufen mit Arbeitsdrücken größer als 25 MPa. Außerdem ist die Abführung des Spülöles zum Niederdruckbehälter möglich, welches durch die Zentrifugalwirkung des Zylinderkörpers in den äußeren Bereich des Gehäuses gelangt und von hier zur Gewährleistung der Ölzirkulation nach außen abzuführen ist. Damit wird die notwendige Schmierung und Kühlung in der Kolbenmaschine gewährleistet sowie ein Druckaufbau im Gehäuse derselben durch anfallendes Lecköl vermieden.

Außerdem ist es von Vorteil, daß beide mit den Anschlußkanälen verbundenen Ringnuten einen endlosen Dichtsteg an der inneren Stirnseite des Steuer­ kopfes einschließen, welcher als Anlagefläche des Steuerspiegels fungiert und die nierenförmigen Steueröffnungen aufnimmt. Genannter Dichtsteg be­ wirkt hierbei eine funktionelle Trennung beider Anschlußkanäle und ge­ währleistet dadurch den Zwangslauf des Spülöles durch die Kolbenmaschine vom Innenraum des rotierenden Zylinderkörpers zum priphären Teil des Gehäuses in einfachster Weise.

Schließlich hat es sich als günstig erwiesen, beide voneinander getrennten Leckölkanäle in eine gemeinsame Bezugsebene zu legen, welche am äußeren Ende der Lagerbohrung der Triebwelle verläuft. Dadurch ist es möglich, die Leck­ ölabführung mit der Schmierung und Kühlung des Gleitlagers der Triebwelle auf einfache und rationelle Weise zu kombinieren und eine technologisch günstige Anordnung der Leckölkanäle im Steuerkopf zu garantieren.

Vorteilhaft ist es außerdem, den Innenraum des Zylinderkörpers über mehrere schräge Bohrungen mit dem Außenraum des Gehäuses zu verbinden, wodurch Zwangs­ lauf des Spülöles vom Leckölkanal und vom Innenraum des Zylinderkörpers unter Ausnutzung der Zentrifugalwirkung schräger Bohrungen desselben zum äußeren Raum des Gehäuses gesichert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei die Zeichnungen folgendes darstellen:

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine;

Fig. 2 den Querschnitt durch diese Axialkolbenmaschine gemäß Fig. 1 in der Ebene A-A.

Gezeigt ist in Fig. 1 eine als Pumpe oder Motor einsetzbare hydrostatische Kolbenmaschine, ausgebildet als Axialkolbenma­ schine, deren Gehäuse 1 eine durchgehende zentrale Triebwelle 2 aufnimmt. Diese Triebwelle 2 ist einerseits in einem Flansch 3 wälzgelagert und andererseits in einem Steuerkopf 4 gleitgelagert. Auf dieser Triebwelle 4 ist ein Zylinderkörper 5 drehfest und selbsteinstellend angeordnet, welcher in bekannter Weise über Federmittel 6 kraftschlüssig am Steuerkopf 4 zur Anlage gebracht wird. Im umlaufenden Zylinderkörper 5 sind mehrere achsparallele Arbeitskolben 7 angeordnet und über hydrostatisch entlastete Gleitschuhe 8 an einer Schiefscheibe 9 abgestützt. Die dem Steuer­ kopf 4 zugewandte Stirnseite des Zylinderkörpers 5 bildet mit einem Steuerspiegel 10 ein Gleitlager, welcher am Steuerkopf 4 anliegt und mittels bekannter Sicherungselemente auf diesem fixiert bzw. drehgesichert ist. Die Rückseite des Steuerspiegels 10 liegt hierbei an einem Dichtsteg 11 des Steuerkopfes 4 an, welcher durch je eine innere und äußere Ringnut 12, 13 gebildet wird. Genannter Dichtsteg 11 befindet sich hierbei im Bereich des Teilkreises von im Steuerspiegel 10 angeordneten nicht dargestellten nierenförmi­ gen Steuerschlitzen, welche für die Zu- und Abführung des hydrau­ lischen Mediums über Steueröffnungen 14, 15 im Steuerkopf 4 verant­ wortlich sind und dessen Steuerung in bekannter Weise gewährleisten. Vom Endbereich einer Lagerbohrung 16 im Steuerkopf 4 zur Aufnahme der Triebwelle 2 verläuft annähernd rechtwinkelig zur Längsachse derselben ein erster Leckölkanal 17, welcher zu einem äußeren Gewindeanschluß 18 führt. Dieser Leckölkanal 17 besitzt außerdem Verbindung zu einem Anschlußkanal 19, welcher den Steuerkopf 4 durchdringt und im zentralen Bereich des Steuerspiegels 10 in die innere Ringnut 12 einmündet. Von der äußeren Ringnut 13 am Dichtsteg 12 wird ein weiterer Kanal 20 zu einem zweiten separaten Leckölkanal 21 geführt, der ebenfalls rechtwinkelig zur Längsachse der Triebwelle 2 verläuft und in einem äußeren Gewindeanschluß 22 endet. Beide Leckölkanäle 17, 21 liegen hier­ bei aus Fertigungsgründen in einer gemeinsamen Ebene 23, wobei vom zweiten Leckölkanal 21 keine Verbindung zur Lagerbohrung 16 genannter Triebwelle 2 besteht.

Somit ist gewährleistet, daß zwecks Spülung der Axialkolben­ maschine über den Leckölkanal 17 zugeführtes Hydrauliköl durch den Anschlußkanal 19 in einen zentralen Innenraum 24 des Zylin­ derkörpers 5 gelangt und weiter über freie Bohrungen 25 im Zylin­ derkörper 2 einem Außenraum 26 des Gehäuses 1 zugeführt wird. Bei der gezeigten schrägen Anordnung der Bohrungen 25 wird durch die Rotation des Zylinderkörpers 5 die Zentrifugalwirkung für die Ölzirkulation wirksam. Da dieser Außenraum 26 über die Ring­ nut 13 im Steuerkopf 4 sowie den Anschlußkanal 20 mit dem Leck­ ölkanal 21 verbunden ist, kann dieses Hydrauliköl zirkulieren und damit eine Schmier- und Kühlfunktion für alle wesentlichen Bauteile/Verschleißteile der Axialkolbenmaschine erfüllen. Für den beschriebenen Fall der Spülung ist der Gewindeanschluß 18 mit einer separaten Druckmittelquelle, z. B. einer bekannten Anbaupumpe verbunden, während vom Gewindeanschluß 22 die Verbin­ dung zu einem nicht dargestellten drucklosen Ölbehälter erfolgt. Sofern für bestimmte Einsatzfälle eine derartige Spülung inner­ halb des Gehäuses 1 nicht erforderlich ist, dient mindestens einer der Leckölkanäle 18, 22 zur Abführung anfallender Leckage. Anstelle einer Axialkolbenmaschine kann diese erfindungsgemäße Spüleinrichtung auch für Radialkolbenmaschinen Anwendung finden, die in gleicher Weise einen Steuerspiegel 10 aufweisen.

Claims (4)

1. Hydrostatische Kolbenmaschine, vorzugsweise Axialkolbenmaschine, mit Ölspülung, deren umlaufender die Arbeitskolben aufnehmender Zylinder­ körper mit einem stationären Steuerspiegel ein Gleitlager bildet und die den Zylinderkörper aufnehmende Triebwelle steuerspiegelseitig in einer Lagerbohrung des Steuerkopfes angeordnet ist, welche mit einem separaten drucklosen Leckölkanal Verbindung aufweist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Steuerkopf (4) zusätzlich zu diesem von der Lagerbohrung (16) der Triebwelle (2) führenden Leckölkanal (17) zur Zuführung von Hydrauliköl ein weiterer mit dieser jedoch nicht direkt verbundener Leck­ ölkanal (21) angeordnet ist, welcher über einen Anschlußkanal (20) und eine äußere Ringnut (13) des Steuerkopfes (4) zum Außenraum (26) des Gehäuses (1) führt, während der von genannter Lagerbohrung (16) abgeführte Leckölkanal (17) über einen Anschlußkanal (19) sowie eine innere Ringnut (12) des Steuerkopfes (4) zu einem Innenraum (24) des Zylinderkörpers (5) führt, welcher mit genanntem Außenraum (26) in Verbindung steht.

2. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beide mit den Anschlußkanälen (19, 20) verbundene Ringnuten (12, 13) einen endlosen Dichtsteg (11) an der inneren Stirnseite des Steuerkopfes (4) einschließen, welcher als Anlagefläche des Steuerspiegels (10) fungiert und die nierenförmigen Steueröffnungen (14, 15) aufnimmt.

3. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß beide voneinander getrennten Leckölkanäle (17, 21) in einer gemeinsamen Ebene (23) liegen, welche am äußeren Ende der Lagerbohrung (16) der Trieb­ welle (2) verläuft.

4. Hydrostatische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum (24) des Zylinderkörpers (5) über mehrere schräge Bohrungen (25) Verbindung zum Außenraum (26) des Gehäuses (1) besitzt.