<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Hochdruckeinrichtung also eine Pumpe oder einen hydraulischen Motor jener bekannten Bauart, bei der in einem dichten Gehäuse ein Zylinderblock mit mehreren achsparallelen Zylindern angeordnet ist, deren Kolben durch Pleuelstangen über Kugelgelenke mit einer Platte verbunden sind, wobei der Zylinderblock und die Platte relativ zu einer Verteilerplatte rotierend angetrieben und ein Drucklager und ein Zwischenstück zwischen Zylinderblock und Verteiler- platte angeordnet sind und die Neigung der gemeinsamen Achse des Zylinderblockes und der Verteiler- platte relativ zur Achse der Platte einstellbar ist, wobei ferner das Zwischenstück Durchströmöffnungen für die Flüssigkeit aufweist und zwischen dem Zylinderblock und der Verteilerplatte axial beweglich an- geordnet ist.
Bei den bekannten hydraulischen Einrichtungen dieser Art ergibt sich der Nachteil, dass das Zwischenstück einem resultierenden Druck unterliegt, der es bei Vergrösserung des Betriebsdruckes von der Verteilerplatte abdrückt, wodurch eine völlige Dichtheit nur durch entsprechend kräftig entgegenwirkende Federn erreichbar ist. Ferner ist bei niedrigstem Betriebsdruck der Anpressdruck am höchsten, was das
Anlaufenlassen der Maschine erschwert.
Demgegenüber besitzt der Erfindungsgegenstand den für den Betrieb sehr wichtigen Vorteil, dass bei Vergrösserung des Betriebsdruckes auch die im Spalt vorgesehenen Dichtungen stärker angepresst werden, so dass auch bei höchsten Betriebsdrücken Dichtheit gewährleistet ist und dass der Anlauf erleichtert ist, weil in diesem Betriebszustand der Druck auf die Dichtungen am geringsten ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das Zwischenstück die Drehbewegung der Verteilerplatte mitmacht und gleitendeDichtungen trägt, die sich zwischen dem Zwischenstück und dem Zylinderblock befinden, und dass auf der gegenüberliegenden Seite Dichtungsringe im Abstand um die Durchström- öffnungen zwischen dem Zwischenstück und der Verteilerplatte angebracht sind, wobei der spezifische Druck im Spalt zwischen dem Zwischenstück und der Oberfläche des Zylinderblockes veränderlich und wenigstens teilweise durch den Hochdruck erzeugt ist, der auf die Differenzfläche zwischen der Oberfläche, die auf dem Zwischenstück durch die feste Dichtung begrenzt ist, und der Oberfläche der Öffnung, die durch die gleitende Dichtung auf der gegenüberliegenden Fläche des Zwischenstückes begrenzt ist, wirkt.
Das Drucklager, das zwischen der Verteilerplatte und dem Zylinderblock wirkende Drücke aufnimmt, kann vorzugsweise mit einer reibungsmindernden Auskleidung versehen bzw. als Flüssigkeitslager oder Kegelkranzlager ausgebildet sein. Das Drucklager kann auch ein hydraulisches Axiallager sein, das einen Kolben in einem Zylinder aufweist, der mit dem Zylinderblock verbunden ist.
Diese verschiedenen Arten eines Drucklagers können miteinander und mit dem Gegenlager kombiniert werden, das eine Axialverschiebung der Verteilerplatte gegen den Zylinderblock verhindert.
Das als Dichtungsträger ausgebildete Zwischenstück kann auch aus mehreren, voneinander unabhängigen Elementen bestehen.
Die gleitende Dichtung kann mit Hilfe mechanischer oder hydraulischer Druckorgane unter Vorspannung stehen. Zu dieser Vorspannung addiert sich dann die Druckdifferenz, die durch die verschiedene Grösse der durch die Dichtungsringe und durch die gleitende Dichtung begrenzten Zonen entsteht.
<Desc/Clms Page number 2>
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht die gleitende Dichtung aus einer metall- organischen Komplexverbindung auf der Basis eines Metalls und Polytetrafluoräthylen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung in Aus- führungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen stellen dar : Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, der beiden Blocks einer Doppelpumpe, die Fig. 2 einen Schnitt durch die Schwenkachse des Zylinderblocks der einen
Pumpe und Fig. 3 einen Axialschnitt des Pumpenteiles, bestehend aus Zylinderblock und Verteilerplatte.
Fig. 4 einen Grundriss des Dichtungsträgers, von der Verteilerplatte aus gesehen, Fig. 5 das Detail gemäss Fig. 4 vom Zylinderblock aus gesehen. Fig. 6 einen Detailschnitt entsprechend der Fig. 5 eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 7 die Verteilerplatte in Untersicht bei abgehobenem
Zylinderblock.
Die Doppelpumpe gemäss Fig. 1 ist von einem dichten Gehäuse 1 umgeben, das durch einen aufgeschraubten Deckel 2 und durch einen Boden 3 abgeschlossen ist. Die Antriebswelle 5 der Pumpen ist in einer Dichtung 4 durch den Boden 3 hindurchgeführt. Im Gehäuse ist eine Traverse 6 angeordnet, auf der sich die Pumpen abstützen, und in der die Welle 5 in einem Kugellager 7 drehbar gelagert ist. Zwischen dem Boden 3 und der Traverse 6 ist ein Zahnrad 8 auf die Welle 5 aufgekeilt. Dieses Zahnrad 8 treibt mit Untersetzung über zwei Zahnräder 9 die beiden Pumpen an.
Jedes Zahnrad 9 ist auf einem Achsstummel 10 aufgekeilt, der mittels zweier Rollenlager 11 und 12 mit konischen Rollen in der Traverse 6 drehbar gelagert ist. Das Rollenlager 11 liegt an einem Anschlag an, der durch einen Flansch 13 gebildet wird, und das Rollenlager 12 liegt an einem Gewindering 14 an, der auf die Welle 10 aufgeschraubt ist. Zwischen den Rollenlagern 11 und 12 wird deren Stellung zur Welle durch Montageringe 15 und durch eine Muffe 16 (Fig. 2) bestimmt.
Der Kanal für die Schmierung besteht in der Welle 10 aus einer Axialbohrung 17, Radialbohrung 18 und Längsbohrungen 19, die in Verteilungsrinnen 20 auf der Oberfläche des Flansches 13 enden. Die Bohrung 17 endet in einem Verbindungsstück 128, das mit einem drehbaren Verbindungsstück 129 (Fig. l) durch den Boden 3 hindurchgeführt ist. Das Verbindungsstück 129 ist mit einem Rückschlagventil versehen und ermöglicht die Einstellung des erforderlichen Schmierdruckes beim Anfahren. Auf dem andern Ende ist die Welle 10 mit einer axialen Ausdrehung 21 versehen. Bei 22 besitzt sie eine Ausnehmung mit kreuzförmigem Querschnitt. In der Ausdrehung 21 ist ein durch eine Feder 24 belasteter Kolben 23 angeordnet, dessen Ende einen Anschlag in Form einer konkaven Kugelkalotte bildet.
Der Kolben 23 ist mit einer Axialbohrung 25 versehen, die den vorstehend beschriebenen Kanal für die Schmierung verlängert und im Bereich des kalottenförmigen Lagers des Kolbens in die Ausdrehung 21 mündet. Auf diesem Lager in Form einer Kugelkalotte stützt sich das kugelförmige Ende einer Welle 26 ab, die zwei aufeinander normal stehende Achsen 27 und 28 trägt. Die Enden der Achsen 27 und 28 tragen Rollen 29, die in den kreuzförmigen Ausnehmungen 22 lagern, so dass eine Art Kardanverbindung entsteht.
Auf dem Flansch 13 ist eine Gegenplatte 30 befestigt, die mit einem Durchtritt für die Welle 26 und mit zylindrischen Ausnehmungen versehen ist. Die zylindrischen Ausnehmungen sind radial so angeordnet und winkelmässig so verteilt, dass deren Anzahl der Anzahl der Pumpenzylinder entspricht. In jeder Ausnehmung der Gegenplatte 30 sind ein Anschlagring 31 und ein halbkugelförmiges Lager 32 angeordnet, die eine Kugel 33 einer Pleuelstange 34 umgeben. Das Lager 32 ist mit einer Bohrung versehen, die in die Rinne 20 für die Schmierung mündet, um eine ausreichende Schmierung des Lagers zu gewährleisten.
Der Zylinderblock besteht aus einem Körper 35 aus Stahl, in dem axial eine Ausnehmung 36 mit kreuzförmigem Querschnitt angeordnet ist. In dieser Ausnehmung 36 ist das andere Ende der Welle 26 mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen 37und 38 und Rollen 39 in der Weise gelagert, dass eine zweite Kardanverbindung gebildet wird, die einen Drehantrieb des Zylinderblocks 35 durch die Welle 10 ermöglicht. Das kugelförmige Ende der Welle 26 stützt sich auf einem Drucklager 40 mit konkavem, kugelförmigem Querschnitt ab. Die Schmierung der verschiedenen Lager der Welle 26 und der Rollen erfolgt durch ein Netz von Bohrungen, das im Detail dargestellt ist (Fig. 2), jedoch nicht näher beschrieben wird.
In den Zylinderblock 35 sind weiterhin die Zylinderbohrung 41 eingedreht, in denen Kolben 42 aus Bronze gleiten. Die Kolben sind mit einer Dekompressionsnut 43 versehen, die über radial und längs verlaufende Bohrungen 44 mit dem halbkugelförmigen Lager der Kugel 45 am Kopf der Pleuelstange 34 verbunden ist. Der Kopf der Pleuelstange wird durch eine Muffe 46 in seinem Lager gehalten, die an einem nicht dargestellten elastischen Ring in einer Nut des Kolbenmantels anliegt.
Das halbkugelförmige Lager der Kugel 45 ist über eine längsverlaufende Bohrung 47 in der Pleuel-
<Desc/Clms Page number 3>
stange 34 mit dem halbkugelförmigen Lager der Kugel 33 am Fuss der Pleuelstange in Verbindung. Am
Boden eines jeden Zylinders ist ein Kanal 48 vorgesehen, dessen Querschnitt nierenförmig ausgebildet ist und der an der Endfläche des Zylinderblocks endet.
Die Endfläche des Zylinderblocks besitzt eine axiale Ausdrehung 49, in der mittels Kugellager 50 eine Achse 52 drehbar gelagert ist. Die Kugellager 50 sind durch Ringe 51 voneinander getrennt. Die
Achse 52 ist axial in dem Gehäuse der Kugellager verschieblich, wobei deren Position in Längsrichtung durch den Körper des Zylinderblocks bestimmt ist, und hält die Tellerfedern 53 unter Spannung.
Die Aussenfläche des Zylinderblocks 35 liegt an einem Dichtungsträger 54 an, der zwei Kanäle 55 mit kreisförmigem Querschnitt besitzt, die in bekannter Weise die Verteilung der Flüssigkeit bewirken.
Gemäss der Erfindung ist zwischen dem Dichtungsträger 54 und der äusseren Oberfläche des Zylinderblocks eine Dichtung 56 vorgesehen, die aus einem Material auf der Basis von Polytetrafluoräthylen besteht. Diese
Dichtung ist mit dem Träger 54 verbunden.
Die gegenüberliegende Oberfläche des Dichtungsträgers 54 ist in die Verteilerplatte 57 eingelassen und durch Stifte 58 gegen Verdrehung gesichert. Die Öffnungen der Platte sind von Dichtungen 59 um- geben, die gegen die Verteilerplatte gedrückt werden. Die Verteilerplatte besitzt symmetrische Kammern
60 mit kreisförmigem Querschnitt, die mit den Öffnungender Platte koinzidieren. Die Kammern sind mit seitlichen Kanälen 61 verbunden, die auf gegenüberliegenden Seiten enden.
Zwischen dem Zylinderblock 35 und der Verteilerplatte 57 ist weiterhin ein Kegelrollenlager 62 an- geordnet. Die Vorrichtung wird durch eine Schraube 130 zusammengehalten, die auf das mit einem
Gewinde versehene Ende der durch die Verteilerplatte ragenden Achse 52 aufgeschraubt ist.
Die Verteilerplatte 57 wird durch zwei einander diametral gegenüber angeordnete Flansche 63 ge- halten. Die beiden Flansche besitzen Augen 64 für die Lager 66, die genau in der Ebene der Kugeln 33 ausgerichtet und mittels welcher die Flansche drehbar auf Lagerzapfen 65 gelagert sind. In den Flanschen sind Kanäle 67 vorgesehen, die unter Zwischenschaltung von Dichtungen 68 mit den Kanälen 61 verbunden sind. Um den Lagerzapfen 65 herum ist der Flansch mit einer ringförmigen Kammer 69 versehen, die gegenüber dem Lagerzapfen mit Dichtungen 70 abgedichtet ist. Die Kanäle 67 münden in die ringförmige
Kammer 69. Der hohle Lagerzapfen 65 ist mit dieser Kammer durch radiale Bohrungen 71 verbunden.
Der Lagerzapfen 65 greift in einen Flansch 72 ein und ist auf diesem festgeschraubt. Der Flansch 72 wiederum ist mit der Traverse 6 verbunden, in der die Saug- und Druckkanäle 73 verlaufen.
Die Verteilerplatte 57, der Dichtungsträger 54 und der Zylinderblock 35 können sich um die Achse drehen, die durch die beiden Lagerzapfen 65 bestimmt ist. Die Neigung bestimmt den Hub der Kolben und damit die Mengenleistung. Um eine bestimmte Neigung genau einstellen zu können, ist auf einem der Flansche 63 eine Platte 74 (Fig. 1) festgeschraubt, die eine Konsole 75 bildet. Zwischen dem Flansch und dieser Konsole ist drehbar auf Lagerzapfen 76, die im Flansch und in der Konsole gelagert sind, eine Schraubenmutter 77 angeordnet. Mit dieser Mutter arbeitet eine Gewindespindel 78 zusammen, die auf einer durch das Gehäuse 1 hindurchgeführten Welle 79 ausgebildet ist. Das Lager 80 für die Welle 79 bildet an seinem Ende einen Flansch, der die Steuerpumpe (nicht dargestellt) trägt.
Die Steuerpumpe treibt über eine Kettentransmission ein Zahnrad 89 an, das auf das Ende der Welle 79 aufgekeilt ist.
Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Pumpe mit veränderlicher Leistung entspricht den bekannten ähnlichen Pumpen. Die Verdrehung des Zylinderblocks 35 und der Verteilerplatte 57 um die Achse der Lagerzapfen 65 bestimmt den Hub der Kolben 42 in den Zylindern 41. Dieser Hub bewirkt auf der einen Seite ein Ansaugen durch die Leitungen 73,67, 61 und die Verteileröffnung 55 und auf der andern Seite einen Druck durch die symmetrisch dazu liegenden Öffnungen und Kanäle.
Die Verbesserung der hier behandelten Pumpe liegt in der Abdichtung und in der Lagerung der Teile aneinander. Das Kegelrollenlager 62 übernimmt den grössten. Teil der Belastung durch die Tellerfedern 53 zwischen dem Zylinderblock 35 und der Verteilerplatte 57. Die Tellerfedern 53 balancieren die Belastung infolge des Druckes in der Kammer 60 aus. Der Druck des Dichtungsträgers 54 aufdie Verteilerplatte ist durch die Zusammenpressung der Dichtungen 59 begrenzt. Zu diesem Druck addiert sich noch die Belastung durch den Pumpendruck, der auf die Oberfläche zwischen dem Rand der Öffnung 55 und der Dichtungslinie der Dichtung 59 ausgeübt wird.
Bei Rotationspumpe oder Motoren, die bei Hochdruck arbeiten, ist es erforderlich, für die Dichtungen 56 Spezialdichtungen zu verwenden, die aus einem komplexen Material auf der Basis reibungsmindernder Stoffe bestehen, nämlich Polytetrafluoräthylen. Bei derartigen Dichtungen, die beim Anfahren eine Verbindung mit erhöhter Gleitfähigkeit ergeben, ist es vorteilhaft, wenn beim Anhalten der Druck auf die Dichtungen ausreichend verringert ist. Anderseits gewährleisten diese Dichtungen bei einem Einheitsdruck von 35 kg/cm2 in der Dichtung sicheres Abdichten bei Betriebsdrücken (in der Flüssigkeit) bis zu 1000 kg/cm2. Im Betriebszustand können diese
<Desc/Clms Page number 4>
Dichtungen mit einem Einheitsdruck in der Grössenordnung von 80 kg/cm und mehr belastet werden.
Bei einem Dichtungsträger 54 von gewöhnlicher Steifigkeit mit zwei Zuführungs- und Auslassöffnungen und unsymmetrischer Belastung kann angenommen werden, dass sich die gesamte Belastung auf 3/4 der Gesamtoberfläche der gleitenden Dichtung verteilt. Wenn beispielsweise die Oberfläche der gleitenden Dichtung 56 in einer Pumpe mit einem Arbeitsdruck von maximal 750 kg/cm 180 cm beträgt, wobei auf die Dichtung 56 der maximale Einheitsdruck von 35 kg/cm wirkt und eine Ausgangspressung von 5 kg/cm vorliegt, dann beträgt der Differenzquerschnitt zwischen dem Rand der Öffnung und der Dichtung 59
EMI4.1
EMI4.2
des maximalen Arbeitsdruckes bestimmt.
Durch diese Tatsache treten zwischen der Verteilerplatte und dem Zylinderblock keine Leckverluste auf. Etwa durch die Kolben auftretende Verluste werden durch denGegendruck derSchmierung vermindert, der in der Nut 43 herrscht. Dieser Gegendruck ist auf Grund der Ansammlung der Leckverluste genau gleich demPumpendruck. Der erhöhteSchmierdruck fördert die Bildung eines Ölfilmes unter hohem Druck in den Lagern der Kugeln 45 und 33. Die Kugeln gleiten dann auf diesem Ölfilm. Ausserdem verursacht die unter diesem Druck gegen den Ring 46 gepresste Kugel 45 eine Ausweitung des verhältnismässig schwachen Kolbenmantels. Das wiederum ergibt eine Verringerung der Leckverluste, wenn sich der
Pumpendruck erhöht. Schliesslich wird eine genaue Steuerung der Leistung durch den Spindeltrieb 77. 78 erreicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 6 und 7 ist in der Verteilerplatte 57 eine Bohrung vorgesehen, in der eine Kolbenstange 108 in einer Dichtung 117 gleiten kann. Das Ende dieser Stange, das sich in der Bohrung des Zylinderblocks 35 befindet, besitzt einen Bund 109, der von zwei anliegenden Rollen- lagern 110 eingefasst ist. Die Rollenlager 110 werden durch einen Gewindering 111 gehalten. Am andern
Ende der Stange 108 ist ein Kolben 112 angeordnet, der durch eine Schraube 113 befestigt ist. Dieser Kolben bewegt sich in einem Zylinder 114, dessen untere Kammer über einen Kanal 115 mit der Hoch- druckkammer 60 in Verbindung steht. Eine Anordnung von Tellerfedern 116 ist ebenfalls in der unteren Kammer auf der Kolbenstange 108 vorgesehen, um den Zylinderblock gegen die Verteilerplatte zu drücken.
Die Verteilerplatte besitzt eine kreisförmige Kammer, die mit den Kammern 60 in Verbindung steht und in der zwei Halbscheiben 118 mit Dichtungen 117 angeordnet sind. In diesen Halbscheiben befinden sich die Öffnungen 119. Schliesslich ist an der Peripherie der äusseren Oberfläche der Verteilerplatte 57 ein Lagerring 120 befestigt, dessen Querschnitt L-förmig ausgebildet ist. Die beiden Innenflächen dieses Ringes sind mit einer reibungsmindernden Auskleidung 121 und 122 versehen, die aus demselben metall-organischen Material besteht, wie die vorstehend beschriebenen gleitenden Dichtungen. Zwischen den beiden Oberflächen der Auskleidungen 121,122 ist ein Zwischenraum 123 belassen, der über einen Kanal 124 mit der Hochdruckkammer 60 verbunden ist.
Die Unterseite der Halbscheiben 118 besitzt einen konkaven, kreisförmigen Querschnitt. Sie ist mit einer Dichtung 125 aus einer metall-organischen Komplexverbindung überzogen. Die Oberseite des Zylinderblocks 35 hat eine entsprechend konvexe Form im Bereich der Zuführungsöffnung der Zylinder. Die Peripherie der oberen Oberfläche des Zylinderblocks 35 und dessen Seitenfläche sind poliert, um mit der Verkleidung 121 und 122 zusammenzuarbeiten und um eine genaue Führung des Zylinderblocks 35 sicherzustellen.
Eine derartige Pumpe arbeitet auf Grund der Anlage des Zylinderblocks an der Verteilerplatte infolge des Druckes in der Hochdruckkammer 60 ständig mit dem Druck auf derselben Seite. Die Belastungen durch die unsymmetrischen Reaktionen der unter Druck stehenden Zylinder befinden sich auf Grund dieser Ausgestaltung dauernd auf derselben Seite. Da die Belastungen mit dem Druck wachsen, kann man versuchen, deren Mittelwert dadurch auszugleichen, dass man den Querschnitt der Kammer 123 in dem Teil oberhalb des Halbkreises, der mit dem unter Druck stehenden Teil korrespondiert, grösser wählt, u. zw. dadurch, dass in dieser Zone die Abmessungen der Verkleidung 122 vermindert werden.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele können zahlreiche Änderungen im Rahmen des Erfindungsgedankens erfahren. So können beispielsweise die Dichtungen 125 bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 mit kugelförmigem Querschnitt ausgebildet sein, die Kolben- und Zylinder anordnung 112 - 124 kann nicht nur für Zug, sondern auch für Druck verwendet werden. Die mit der metall-organischen Verkleidung versehenen Lager 121,122 können bei jeder andern geeigneten Vorrichtung verwendet werden, die den Zylinderblock gegen die Verteilerplatte drückt.