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Steuerspiegel für die Kolbentrommel hydraulischer Axialkolbenmaschinen
mit ungerader Kolbenanzahl Die Erfindung bezieht sich auf eine besondere Ausbildung
des Steuerspiegels hydraulischerAxialkolbenpumpen bzw. -motoren.
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Bei diesen Axialkolbenmaschinen wird - durch einen relativ zur Kolbentrommel
drehbaren Steuerdrehschieber die von den hin und her gehenden Kolben bewegte Flüssigkeit
so .gesteuert, daß ein kontinuierlicher Flüssigkeitsstrom entsteht. Zu diesem Zweck
ist sein Steuerspiegel mit zwei Steueröffnungen versehen, deren eine mit der Druckseite
und deren andere mit der Saugseite in Verbindung steht. Diese Steueröffnungen sind
im allgemeinen nierenförmig ausgebildet und so angeordnet, daß sie zusammen mit
den den Kolben gegenüberliegenden Bohrungen bzw. Durchbrüchen ,der Kolbentrommel,die
erforderliche Steuerung bewirken.
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Zwecks Abdichtung des Flüssigkeitsüberganges sind ,die Steueröffnungen
sowie die Durchbrüche gegenseitig so .dimensioniert, d.aß die Kolbentrommel hydraulisch.
entsprechend auf den Steuerspiegelgedrückt wird. Um hierbei möglichst kleine Reibungsverluste
zu erhalten, wird der sogenannte hydraulische Ausgleich nur . so weit durchgeführt,
daß ein dichterÜbergang gerade noch gewährleistet ist und sich die Trommelgegenüber
dem Steuerspiegel möglichst leicht drehen läßt.
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Um bei Pumpen einen möglichst gleichmäßigen Flüssigkeitsumlauf bzw.
bei Motoren einen möglichst gleichmäßigen Lauf zu erreichen, sind diese
Axialkolbenmaschinen
mit einer ungeraden Anzahl von Kolben gebaut. Hierdurch wirken beim Umlauf auf die
einzelnen Steuerseiten die Kräfte von abwechselnd
bzw.
Kolben, wenn. z die ungerade Anzahl .der Kolben bedeutet. Bei der üblichen Ausbildung
der Steueröffnungen schwanken demgemäß die auf den Steuerspiegel wirkenden, nicht
ausgeglichenen Kräfte, -so daß die Kolbentrommel mit einer wechselnden Last auf
den Drehschiebersteuerspiegel gedrückt wird.
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Bei einer kleinen Anzahl von Kolben und insbesondere bei hohen Arbeitsdrücken
ergibt sich dadurch eine ziemlich große, nicht ausgeglichene, auf den Steuerspiegel
wirkende Last, die sich sehr ungünstig auf den Wirkungsgrad auswirkt.
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Um diese ungünstigen Einflüsse zu verringern, wurde vorgeschlagen,
dieSteuerspiegelflächen innen und außen zu verbreitern -und .die verbreiterten Stellen
etwa in der Art eines Mitchell-Lagers auszubilden.
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Gemäß ,der Erfindung wird demgegenüber eine besondere Form der Steueröffnungen
in Verbindung mit druckmäßig gesteuerten Ausgleichsnuten bzw. Ausgleichsausfräsungen
vorgeschlagen, die unabhängig von der augenblicklichen Stellung der Kolbentrommel
zum Steuerspiegel einen konstanten Ausgleich gestattet, so daß sich damit besonderskleine
Reibungsverluste zwischen Kolbentrommel und Steuerspiegel erreichen lassen.
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Die beabsichtigte Wirkung wird dabei durch zwei besondere Merkmale
erreicht, nämlich: i. Durch eine Abstimmung der Steuerkanten sowohl der Steueröffnungen
als .auch der -Kolbentrommeldurchbrüche derart, daß bei Steuerungsbeginn eines durch
die Symmetrieachse von einer Steueröffnung zur .anderen durchgehenden ersten Kolbens
die entsprechende Steuerkante des nach rechts bzw. nach links liegenden
ten Kolbentrommeldurchbruches sich gerade mit je einer der zweiten Steuerkanten
der Steueröffnungen deckt.
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Dieses ist der Fall, wenn sowohl die Steuerkanten der einzelnen Kolbentrommeldurchbrüche
zu ihrer Symmetrieachse als auch .die Steuerkonten der Steueröffnungen zu der dabei
auch durch die erste. Kolbenbohrung durchlaufenden Symmetrieachse des Steuerspiegels
unter einem Winkel von
Grad angeordnet liegen.
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a. Durch zwei zu den Symmetrieachsen spiegelbildlich angeordnete Ausgleichsausfräsungen,
die von den Kolbendurchbrüchen des ersten bzw. des rechts oder links davon befindlichen
ten Kolbendurchbruches aus so .auf den entsprechenden Druckgesteuert werden, daß
sie das eine Mal den auf der Druckseite, das andere Mal den auf der Sauggeite befindlichen
ten Kolben in Verbindung, d. h. zusammen mit seiner Durchbruchsöffnung ausgleichen.
Ist hierbei die Fläche je einer Steueröffnung so dimensioniert, daß sie zusammen
mit den von ihr nicht überdeckten Flächen von jeweils
Kolbendurchbrüchen nahezu gleich groß ist wie die Fläche von
Kolben, so sind durch die Steueröffnungen in Verbindung. mit den jeweiligen Kolbendurchbrüchen,
unabhängig von .der Stellung der Kolbentrommel, jeweils immer
Kolben sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite ausgeglichen, während der
te Kolben durch seine Durchbrüche und die
beiden :gesteuerten, im übrigen geschlossenen Steuerspiegel:au.sfräs.ungen ausgeglichen
i!st, und zwar je nachdem ob er auf der Druckseite oder ob er auf die Saugseite
arbeitet.
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Die Steuerung der beiden Ausfräsungen erfolgt von den Durchbrüchen
aus so, daß sie beim Vorbeiwandern der einzelnen Kolbendurchbrüche mit diesen innen.
oder außen in Verbindung stehen, und zwar jeweils über einen Winkeldrehbereich,
der von der Spiegelbildachse der beiden Steueröffnungen zur Kolbenbohrungssymmetrieachse
reicht und um -4-
Grad schwankt.
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Statt der beiden als Kreisringstücke mit gleichem Innen- und Außenradius
ausgebildeten Steueröffnungen, .deren äußerste Fahrstrahlen vom Mittelpunkt aus
je einen Winkel von
i8o Grad einschließen, können die beiden Steueröffnungen auch aus je einem breiteren
und an den Enden aus je zwei schmaleren Kreisringstücken bestehen, was hinsichtlich
der Unterbringung und Steuerung der Ausgleichsfräsungen von Vorteil sein kann.
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In diesem letzteren Fall bleibt .dann der Gesamtzentriwinkel
i8o Grad wie vorher, während der Übergang zu dem breiteren Kreisringstück aus Gründen
eines konstanten Ausgleiches auf Fahrstrahlen vom Mittelpunkt aus erfolgt, die zur
_ Symmetrieachse einer Steueröffnung den Winkel
einschließen, wenn n eine ganz beliebige Zahl bedeutet. .
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An Hand von drei Abbildungen, die drei verschiedene Ausführungsbeispiele
von Steuerspiegeln in ,der Draufsicht mit den auf sie projizierten. Kolbendurchbrüchen
sowie Kolbenbohrungen für beispielsweise sieben Kolben darstellen, wird die Erfindung
in der Zeichnung näher erläutert.
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Abb. i zeigt einen Steuerspiegel, bei dem d.ie Steueröffnungen i und
a als Kreisringstücke mit konstantem Außen- und Innenradius ausgeführt sind. Ihre
Steuerkanten liegen dabei - auf Fahrstrahlen vom Mittelpunkt des Steuerspiegels
aus, die, abgesehen von kleineren tTberdeckungstoleranzen; symmetrisch zu den zwei
aufeinander senkrechten Symmetrieachsen des Steuerspiegels angeordnet sind und zur
Symmetrieachse zweier benachbarter
Steueröffnungen einen Winkel
von
Grad einschließen, das sind im vorliegenden Fall also
Grad.
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Desgleichen liegen die Steuerkanten der Kolbentrommel.durchbrüche
von ihrer Symmetrieachse um
Grad entfernt, so,daß sich die Steuerkanten des Kolbentrommeldurchbruches 3 der
Kolbenbohrung 4 in der bezeichneten Darstellung mit den oberen Steuerkanten der
beiden Steueröffnungen und demgemäß auch -die entsprechenden Steuerkanten der Durchbrüche
der
ten - ten = der vierten rechten oder linken Kolbenbohrung,
also der Kolbenbohrungen 5 und 6, mit den unteren Steuerkanten der Steueröffnungen
decken.
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Die Durchbrüche 3 der Kolbentrommel ragen über den äußeren Radius
der -Steueröffnungen und den inneren Radius der Ausfräsungen 7 und,8 hinaus, so
daß in der gezeichneten Stellung z. B. die Ausfräsung 7 über den Durchbruch des
Kolbens 4 mit dessen Druckraum und dadurch bei einer Linksdrehung die Ausfräsung
mit der Druckseite der Steueröffnung i in Verbindung steht, während bei einer Rechtsdrehung
die Ausfräsung 7 denselben Druck wie die Saugseite, d. h. .die Steueröffnung 2,
erhält, und zwar innerhalb eines Winkeldrehbereichs der Kolbenbohrungssymmetrieachsen
von je -4- Grad, wie es sinngemäß aus der gegezeichneten
Stellung der Durchbrüche der Kolben 5 und 6 hervorgeht.
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Die Ecken der Kreisringstücke sind je nach dem Grad der erforderlichen
Konstantheit des Ausgleichs mehr oder weniger leicht ausgerundet, während die Kolbentrommeldurchbrüche
beliebig ausgerundet oder gestaltet sein können. Sie können also auch als einfache
Bohrungen ausgeführt sein, deren äußerste Fahrstrahlen einen Winkel von Abb. 2 zeigt
eine Ausführung .des Steuerspiegels,
Grad zu ihrer Symmetrieachse einschließen. bei dem die Steueröffnungen i und 2 wie
in Abb. i als Kreisningstücke mit konstantem Innen- und Außenradius .ausgeführt
sind, die sich ebenfalls wie dort bis zu einem Winkel von
Grad oben und unten von der Spiegelbildachse zweier .benachbarter Öffnungen entfernt
erstrecken.
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Die Kolbentrommeldurchbrüche 3 werden von je zwei ineinanderlaufenden
Bohrungen gebildet, deren äußerste Fahrstrahlen vom Mittelpunkt aus wiederum den
Winkel 2.
Grad einschließen.
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Im Gegensatz zu Abb. i sind die Ausfräsungen 7 und 8 nicht wie dort
außen, sondern innen spiegelbildlich angeordnet, wozu die Trommeldurchbrüche über
den inneren Radius der Steueröffnung und den äußeren: Radius .der Ausgleichsausfräsung
her-.eingebohrt sind.
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Abb. 3 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Steueröffnungen
aus je einem breiteren und je zwei schmaleren Kreisringstücken i und ja bzw. 2 und
2a bestehen. Die Ausgleichsfräsungen 7 und 8 sind wieder außen, die Trommeldurchbrüche
innerhalb eines Winkeldrehbereiches ihrer Symmetrieachse von ±
Grad überschneidend angeordnet, ebenso wie die äußersten Fahrstrahlen mit den Durchbrüchen
gegenüber ihren Symmetrieachsen wiederum einen Winkel von ±
Grad einschließen.
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Der Übergang vom schmaleren zum breiteren Kreisringstück erfolgthierbei
auf zwei zur Steuerspiegelsymmetrieachse symmetrisch liegenden Strahlen, die einen
Winkel von
Grad einschließen.
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Der Vorteil .dieser Anordnung liegt in der Möglichkeit einer gedrängteren
Bauweise. Die, Ausgleichsfräsungen können natürlich auch hierbei wie in Abb. 2 innen
angeordnet sein, desgleichen kann der Innen- oder Außenradius .des schmaleren Kreisringstückes
mit den entsprechenden Radien des breiteren Kreisringstückes gleich sein.