AT212707B - Axialkolbenpumpe oder -motor - Google Patents

Axialkolbenpumpe oder -motor

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drum
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Linde Eismaschinen Ag
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Description


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  Axialkolbenpumpe oder-motor 
Bei   Axialkolbenpumpe. n oder-motorei,   die eine sich drehende Zylindertrommel aufweisen, deren Stirnfläche mit einer Steuerfläche zusammenwirkt, welche mit Bezug auf die   Zylindertrommel undreh-   bar ist, besteht das Problem, die Leckverluste zu verringern, welche durch den Spalt zwischen der Zylin-   dertrommel-Stirnfläche   und der Steuerfläche bedingt sind. Bisher hiefür angestellte Bemühungen hatten zum Ziele, durch mechanische oder hydraulische Axialbelastung der Zylindertrommel oder der Steuerfläche diese Teile einander so weit zu nähern, dass der zwischen ihnen   vert leidende   Spalt eine bestimmte   Höchstweite   nicht überschreitet, damit die Leckverluste nicht zu gross werden.

   Andere Bemühungen betrafen die besondere Gestaltung der Steuerfläche oder der Zylindertrommel-Stirnfläche sowie die besondere Lage der darin befindlichen, das Druckmittel führenden Öffnungen, um auf diese Weise die Leckverluste gering zu halten. Alle bekannten   Bemühungen   gingen aber von der Auffasmng aus, dass eine bestimmte Mindestweite des Spaltes nicht unterschritten werden dürfe, weil andernfalls an der Zylindertrommel-Stirnfläche oder an der Steuerfläche   ein"Brennen"eintritt,   als dessen Ursache vermutet wurde, dass die Spaltweite zu Null geworden und demzufolge eine metallische Reibung eingetreten ist, die zu der das Brennen verursachenden hohen   Reibungswärme   geführt hat.

   Daher hat man bisher-vornehmlich durch eine geeignete Axialbelastung der Zylindertrommel oder der Steuerfläche sowie durch Massnahmen an   ihren Lagern-Vorsorge getroffen,   dass eine aus Erfahrungen gewonnene Mindestspaltweite erhalten bleibt. 



  Man hat ferner die Zylindertrommel aus einem Werkstoff mit guten Laufeigenschaften, nämlich Bronze, gewählt, damit bei einer unter besonderen Druckzuständen auftretenden metallischen Reibung mit der stählernen Steuerfläche zumindest für eine beschränkte Zeit ein Notlauf möglich ist, bis durch eine Änderung in den Belastungszuständen der Spalt wieder gebildet ist. Es ist auch bekannt, bei Axialkolbenpumpen oder-motoren, deren Kolben aus einem Leichtmetallkern mit einem Mantel aus hartem Metall bestehen, die Zylindertrommel aus Leichtmetall herzustellen, um die Ausdehiungskoeffizienten der Kolben sowie der Zylindertrommel einander anzugleichen und hiedurch das Durchmesserspiel der Kolben in den Zylindern konstant zu halten.

   Schliesslich ist eg in der Lagertechnik bekannt, eine der aufeinander gleitenden   Flächen   aus einem porigen Lagerwerkstoff auszubilden, damit sich   die Schmierflüssigkeit   in den Poren speichert. 



   Vom Bekannten unterscheidet sich das der Erfindung zugrundeliegende Problem dadurch, dass die Weite des Spaltes zwischen der   Zylindertrommel-Stirnfläche   und der Steuerfläche auf einen Grenzwert verringert werden soll, bei dem die durch die Flüssigkeitsreibung auftretende Wärme eben noch unter der das Brennen   herDeiführenden   Grössenordnung bleibt. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die be-   obachtetenBrennerscheinungen   nicht notwendigerweise die metallische Reibung zur Voraussetzung haben, sondern schon dann auftreten können, wenn eine Flüssigkeitsreibung noch besteht, diese aber eine Grö- ssenordnung annimmt, bei der das Brennen eintritt.

   Der Grenzwert der Spaltweite, bei dem das Brennen noch vermieden ist, wird gemäss der Erfindung durch die Vereinigung der an sich bekannten Merkmale erreicht, dass die Zylindertrommel aus einer Leichtmetall-Legierung besteht und zumindest an der mit der Steuerfläche zusammenwirkenden Zylindertrommel-Stirnfläche eine porige   Cberfläche   aufweist. Der hiedurch erreichte Effekt, welcher die Lösung der bezeichneten Aufgabenstellung erbringt, wird darin gesehen, dass die Poren der Zylindertrommel-Stirnfläche sich bei der Inbetriebnahme der Pumpe oder des Motors mit der im Steuerspalt vorhandenen Leckflüssigkeit auffüllen. Eei zunehmender Erwärmung der 

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 Zylindertrommel tritt eine Volumenänderung der in den Poren enthaltenen Flüssigkeit mit Bezug auf das Volumen der Poren ein.

   Infolge dieser   Volumenänderung   tritt ein Teil der Flüssigkeit aus denPoren in den Steuerspalt über. Umgekehrt nehmen die Poren bei   einerAbkühlung derZylindertrommel   und derhiedurch hervorgerufenen Abkühlung der Porenflüssigkeit aus dem Steuerspalt Leckflüssigkeit wieder auf. Die bei einer starken Erwärmung der Zylindertrommel aus ihren Poren in den Steuerspalt gelangende Porenflüssigkeit vermehrt die im Steuerspalt vorhandene Leckflüssigkeit. Da bei Axialkolbenpumpen oder-motoren die Zylindertrommel gegenüber der Steuerfläche stets in Grenzen ein Axialspiel hat, entsteht hieraus notwendigerweise eine, wenn auch sehr geringe, Spalterweiterung, derzufolge die Wärmeentwicklung aus der Flüssigkeitsreibung zurückgeht.

   Mit der zurückgehenden Reibungswärme erfährt die Zylindertrommel wiederum eine Abkühlung, welche durch die werkstoffbedingte gute   Wärmeabführung   aus der Zylindertrommel begünstigt ist. Mit der Abkühlung gelangt wiederum Leckflüssigkeit aus dem Steuerspalt in die Poren. Die Zylindertrommel ist demzufolge gegenüber der Steuerfläche durch eine Vielzahl von Flüssigkeitskörperchen abgestützt,   die-ermöglicht   durch ihre Bevorratung in den Poren - zufolge ihresAusdehnungsverhaltens eine Spaltweite in den aus   der Wärme durch Flüssigkeitsreibung gebotenen Grenzen sicher-   stellen. Diese Spaltweite bleibt auf den für das Vermeiden des Brennens unbedingt notwendigen Wert beschränkt, womit erreicht ist, dass die Leckverluste tatsächlich auf das unvermeidliche Mass verringert sind.

   Die porige Oberfläche der Zylindertrommel ist für das Erreichen des Erfindungseffektes ausschlaggebend, während die Wahl des   Werkstoffes"Leichtmetall"demgegenüber mur   eine unterstützende Bedeutung hat, welche einesteils darin besteht, dass eine verbesserte Wärmeeinleitung in   en Trommelkörper   erreicht ist, andernteils ist eine gleichfalls verbesserte Wärmeabfuhr aus dem Trommelkörper geschaffen, womit die Möglichkeit geschaffen ist, die Trommeldrehzahl zu steigern, so dass eine Leistungssteigerung der Pumpe oder des Motors erreicht ist, ohne hiefür grössere Bauabmessungen in Kauf nehmen zu müssen. 



   Ein weiterer Erfolg der Erfindung besteht darin, dass die Querschnittsveränderung der Zylinder, welche 
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 und wodurch die Zylinder unrund werden, wesentlich verringert ist. Hiedurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Kolben mit geringem Spiel in die Zylinderbohrungen des Trommelkörpers einzupassen, womit zugleich verringerte Zylinderleckverluste, insbesondere für den Anlauf der Pumpe oder des Motors im kalten Zustand erreicht werden. Da durch den verbesserten Wärmeübergang und durch das verbesserte Wärmeleitvermögen einer aus porigem Leichtmetall bestehenden Zylindertrommel auch die durch die Kolbenreibung entstehende Wärme besser als bisher vom Trommelkörper aufgenommen und aus diesem abgeführt wird, kann das noch erforderliche Kolbenspiel sehr klein gehalten werden. 



   Eine zusätzliche, vorteilhafte Auswirkung der Verwendung von porigem Leichtmetall für den gesam-   ten Trommelkörper   ergibt sich bei der   sogenannten Triebflanschbauweise   von   regelbarenAxialkolbenpum-   pen, bei der die Überleitung der Drehkräfte vom Triebflansch zur Zylindertrommel durch die Pleuel erfolgt, die in Kugelfassungen des Triebflansches gehalten sind. Die Pleuel kommen hiebei an der Innenseite der Kolbenwand zur Anlage und übertragen hiedurch das Drehmoment auf den Trommelkörper. Es hat sich bei diesen Pumpen gezeigt, dass unter Einwirkung   des Anlagedruckes bisweilenBrüche   in der   Kol-   benwand aufgetreten sind.

   Wird jedoch die Zylindertrommel aus einer porigen Leichtmetall-Legierung hergestellt, so kann bei   regelbarenAxialkolbenpumpen   der Triebflanschbauweise beobachtet werden, dass solche Brüche in der Kolbenwand nicht mehr auftreten. Der Grund hiefür liegt in der   verringertgnmassen-   trägheit der Zylindertrommel, durch die bedingt ist, dass den   Drehbeschleunigungen des Zylinderkörpers,   die bei dessen Regelbewegungen auftreten, geringere Kräfte aus der Massenträgheit des Zylinderkörpers entgegenwirken. Dies gilt besonders dann. wenn der gesamte Zylinderkörper aus porigem Leichtmetall besteht, weil dann ein besonders niedriges Gewicht und   mithin eine beträchtlich verringerte Massenträgheit   des Zylinderkörpers gegeben ist. 



   Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,   u. zw.   zei-   gen : Fig. l einen Längsschnitt durch   eine Axialkolbenpumpe in Triebflanschbauweise, fig. 2 einen Schnitt durch den Trommelkörper gemäss der Linie II - II der   Fig. I.   



   Die sich drehende   Zylindertrommel l   enthält in üblicher Weise die Zylinderbohrungen 2, welche durch die Verbindungskanäle 3 mit der Stirnfläche 4. der Zylindertrommel in Verbindung stehen. Die Stirnfläche 4 der   Zylindertrommel l   wirkt in bekannter Weise für die Steuerung der Druckflüssigkeit mit der Steuerfläche S zusammen, die die   üblichen nierenformigen Durchlässe   6 für die Druckflüssigkeit aufweist. 



   Zwischen der   Zylindertrommel-Stimfläche   4 und der   Steuer fläche 5   besteht ein Spalt, welcher von einem Schmierfilm ausgefüllt ist, der durch die Druckflüssigkeit gebildet wird, die aus den Verbindungkanälen 3 und den nierenförmigen Öffnungen 6 in den Spalt gelangt. 

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   Infolge der Relativdrehung der   Zylindertrommel l   gegenüber der Steuerfläche 5 entsteht im Spalt Reibungswärme. Um diese Reibungswärme in zulässigen Grenzen zu halten, hat man bisher unter Inkaufnahme unerwünscht grosser Leckmengen die Weite des Spaltes verhältnismässig gross halten müssen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist   beim Ausführungsbeispiel der Trommelkörper 1   aus einer porigen Leichtmetall-Legierung hergestellt. Die in den Spalt gelangte Flüssigkeit füllt die Poren, welche sich an der Zylindertrommel-Stirnfläche 4 befinden. Wenn sich die   Zylindertrommel l   infolge der Reibung zwischen ihrer Stirnfläche 4 und der Steuerfläche 5 erhitzt, so vergrössert sich das Volumen der in den Poren enthaltenenFlüssigkeit mehr als die Poren selbst.

   Infolgedessen tritt ein Teil der Flüssigkeit aus den Poren in den Spalt aus, wodurch die Im Spalt vorhandene Flüssigkeit vermehrt wird. Dies hat eine Vergrösserung des Spaltes und damit eine Verringerung der im Spalt entstehenden Reibungswärme zur Folge. Die Zylindertrommel nimmt daher durch Abgabe ihrer Wärme an die ihre Zylinder 2 durchfliessende Flüssigkeit und an das sie umgebende Medium eine geringere Temperatur an. Hiedurch kühlt sich auch die in den Poren noch   vorhandene Flüssigkeit   unter Verkleinerung ihres Volumens ab, so dass wieder Flüssigkeit aus dem Spalt in die Poren eintritt und somit die Spaltweite kleiner wird. Auf solche Weise wird die Spaltweite automatisch so gross gehalten, dass eine Überhitzung der Zylindertrommel vermieden ist.

   Da die Beeinflussung der Spaltweite durch die Porenflüssigkeit nur im Bereich enger Spaltweiten erfolgt, wird keine übermässige Spaltvergrösserung verursacht, und es sind demzufolge die durch den Spalt bedingten unvermeidlichen Leckverluste auf die kleinste Menge begrenzt. 



   Die Verwendung einer porigen Leichtmetall-Legierung für die gesamte Zylindertrommel hat daneben den Vorteil, dass die im Spalt zwischen der Zylindertrommel-Stirnfläche 4 und der Steuerfläche 5 ent-   stehende Reibungswärme   verbessert in   den Trommelkörper l Übergeht.   Infolge der guten Wärmeleiteigenschaften von Leichtmetall-Legierungen wird die in   den Trommelkörper 1   übergegangene Wärme verbessert in diesem weitergeleitet. Die Wärme gelangt hiebei einerseits an die Aussenfläche des Trommelkörpers 1 und wird dort an das umgebende Medium abgegeben. Anderseits gelangt die Wärme an die Begrenzungswandungen der Zylinderbohrungen 2 und ihrer Verbindungskanäle 3 und wird dort von der Druckflüssigkeit aufgenommen.

   Auch hier wird der Wärmeübergang wiederum durch die porige Oberflächenbeschaffenheit der Begrenzungswände der Zylinderbohrungen 2 und der Verbindungskanäle 3 begünstigt. 



   Belässt man bei einer solchen Ausführung den Spalt in der bisherigen Weise, so ist es möglich, die Drehzahl und damit die Leistung der Axialkolbenpumpe oder des Axialkolbenmotors zu steigern, ohne hiefür die Gefahr einer Überhitzung der Zylindertrommel-Stimfläche 4 oder der Steuerfläche 5 in Kauf nehmen zu müssen. 



   Wird auf eine solche Leistungssteigerung verzichtet, so kann der Spalt zwischen der Zylindertrommel 4 und der Steuerfläche 5 verringert werden, womit zugleich die im Spalt auftretenden Leckverluste verkleinert werden. Eine stärkere Erwärmung der   Zylindertrommel-Stirnfläche   4 und der Steuerfläche 5 ist in diesem Falle nicht zu erwarten, weil die Wärme zufolge der Verwendung einer porigen LeichtmetallLegierung für den Trommelkörper 1 verbessert aus dem Spalt abgeführt wird.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH : Axialkolbenpumpe oder-motor mit sich drehender Zylindertrommel, deren Stirnfläche mit einer Steuerfläche zusammenwirkt, welche mit Bezug auf die Zylindertrommel undrehbar ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung der an sich bekannten Merkmale, dass die Zylindertrommel aus einer LeichtmetallLegierung besteht und zumindest an der mit der Steuerfläche zusammenwirkenden Zylindertrommel-Stirn- fläche eine porige Oberfläche aufweist.
AT614159A 1959-08-24 1959-08-24 Axialkolbenpumpe oder -motor AT212707B (de)

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