Axialkolbenmaschine Bei Axialkolbenmaschinen, die eine sich drehende Zylindertrommel aufweisen, deren Stirnfläche mit einer Steuerfläche zusammenwirkt, welche mit Bezug auf die Zylindertrommel undrehbar ist, besteht das Problem, die Leckverluste zu verringern, welche durch den Spalt zwischen der Zylindertrommel-Stirn- fläche und der Steuerfläche bedingt sind.
Bisher hier für 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 verbleibende Spalt eine bestimmte Höchstweite nicht überschreitet, damit die Leckverluste nicht zu gross werden.
Andere Bemühungen betrafen die besondere Gestaltung der Steuerfläche oder der Zylindertrom- mel-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 Auffassung 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 des sen Ursache vermutet wurde, dass die Spaltweite zu Null geworden und demzufolge eine metallische Rei bung eingetreten ist, die zu der das Brennen ver ursachenden hohen Reibungswärme geführt hat. Da her hat man bisher - vornehmlich durch eine geeig nete Axialbelastung der Zylindertrommel oder der Steuerfläche sowie durch Massnahmen an ihren La gern - Vorsorge getroffen, dass eine aus Erfahrungen gewonnene Mindestspaltweite erhalten bleibt.
Man hat ferner die Zylindertrommel aus einem Werkstoff mit guten Laufeigenschaften, nämlich Bronce, ge wählt, damit bei einer unter besonderen Druck- zuständen auftretenden metallischen Reibung mit der stählernen Steuerfläche zumindest für eine be schränkte Zeit ein Notlauf möglich ist, bis durch eine Änderung in den Belastungszuständen der Spalt wie der gebildet ist.
Im Gegensatz hierzu ist bei der Erfindung von der Erkenntnis ausgegangen, dass die beobachteten Brennerscheinungen nicht notwendigerweise die me- tallische Reibung zur Voraussetzung haben, sondern schon dann auftreten können, wenn eine Flüssigkeits reibung noch besteht, diese aber eine Grössenordnung annimmt, bei der das Brennen eintritt.
Hiervon ausgehend, besteht das der Erfindung zugrunde liegende Problem darin, dass die Spaltweite auf einen Grenzwert verringert werden soll, bei dem die aus der Flüssigkeitsreibung auftretende Wärme gerade noch unter der das Brennen herbeiführenden Grössenordnung bleibt. Gemäss der Erfindung soll diese Aufgabe dadurch gelöst sein, dass die Zylinder trommel aus einer Leichtmetallegierung besteht, die zumindest an der mit der Steuerfläche zusammenwir kenden Stirnfläche eine porige Oberfläche aufweist.
Der hierdurch erreichte Effekt, welcher die Lösung der bestehenden Aufgabenstellung erbringen soll, wird darin gesehen, dass die Poren der Zylindertrommel- Stirnfläche sich bei der Inbetriebnahme der Ma schine mit der im Steuerspalt vorhandenen Leck flüssigkeit auffüllen. Bei zunehmender Erwärmung der Zylindertrommel tritt dann. eine Volumenänderung der in den Poren enthaltenen Flüssigkeit mit Bezug auf das Volumen der Poren ein. Infolge dieser Vo lumenänderung tritt ein Teil der Flüssigkeit aus den Poren in den Steuerspalt über.
Umgekehrt nehmen die Poren bei einer Abkühlung der Zylindertrommel und der hierdurch 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 Steuer spalt vorhandene Leckflüssigkeit. Da die Zylinder trommel gegenüber der Steuerfläche stets in Grenzen Axialspiel hat, entsteht hieraus notwendigerweise eine wenn auch sehr geringe Spalterweiterung, der zufolge die Wärmeentwicklung aus der Flüssigkeits reibung zurückgeht.
Mit der zurückgehenden Rei bungswärme erfährt die Zylindertrommel wiederum eine Abkühlung, welche durch die werkstoffbedingte gute Wärmeabführung aus der Zylindertrommel be günstigt ist. Mit der Abkühlung gelangt wiederum Leckflüssigkeit aus dem Steuerspalt in die Poren. Die Zylindertrommel ist demzufolge gegenüber der Steuerfläche durch eine Vielzahl von Flüssigkeits körperchen abgestützt, die zufolge ihres Ausdeh nungsverhaltens eine Spaltweite in den aus der Wärme durch Flüssigkeitsreibung gebotenen Gren zen sicherstellen.
Diese Spaltweite bleibt also 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 ausschlag gebend, während die Wahl des Werkstoffes Leicht metall > demgegenüber nur eine unterstützende Be deutung hat, welche einesteils darin besteht, dass ein verbesserter Wärmeübergang in den Trommelkörper erreicht ist, andernteils darin, dass eine gleichfalls verbesserte Wärmeabfuhr aus dem Trommelkörper geschaffen ist, womit die Möglichkeit geschaffen ist, die Trommeldrehzahl zu steigern, so dass eine Lei stungssteigerung der Maschine möglich ist,
ohne hier für grössere Bauabmessungen in Kauf nehmen zu müssen.
Ein weiterer Erfolg der Erfindung besteht darin, dass die Querschnittsveränderung der Zylinder, welche bisher durch die Erhitzung des Trommelkörpers als Folge der im Spalt entstehenden Reibungswärme auf tritt und wodurch die Zylinder unrund werden, we sentlich verringert ist. Hierdurch ist die Möglichkeit geschaffen, die Kolben mit geringerem Spiel in die Zylinderbohrungen des Trommelkörpers einzupas sen, womit zugleich verringerte Zylinder-Leckverluste, insbesondere für den Anlauf der Maschine im kalten Zustand erreicht werden.
Da durch den verbesserten Wärmeübergang und durch das verbesserte Wärme leitvermögen einer aus porigem Leichtmetall beste henden Zylindertrommel auch die durch die Kolben reibung entstehende Wärme besser als bisher vom Trommelkörper aufgenommen und aus diesem ab geführt wird, kann das noch erforderliche Kolben spiel sehr klein gehalten werden.
Eine zusätzliche, vorteilhafte Auswirkung einer Verwendung von porigem Leichtmetall für den ge samten Trommelkörper ergibt sich bei der sogenann ten Triebflansch-Bauweise von regelbaren Axial- kolbenpumpen, bei der die Überleitung der Drehkräfte vom Triebflansch zur Zylindertrommel durch die Pleuel erfolgt, die in Kugelfassungen des Triebflan sches gehalten sind. Die Pleuel kommen hierbei an der Innenseite der Kolbenwand zur Anlage und über tragen hierdurch das Drehmoment auf den Trommel körper.
Es hat sich bei diesen Pumpen gezeigt, dass unter Einwirkung des Anlagedruckes bisweilen Brü che in der Kolbenwand aufgetreten sind. Wird jedoch die Zylindertrommel aus einer porigen Leichtmetall- legierung hergestellt, so kann bei regelbaren Axial kolbenpumpen der Triebflansch-Bauweise beobachtet werden, dass solche Brüche in der Kolbenwand nicht mehr auftreten. Der Grund hierfür liegt in der ver ringerten Massenträgheit der Zylindertrommel, durch die bedingt ist, dass den Drehbeschleunigungen des Zylinderkörpers, die bei dessen Regelbewegungen auf treten, geringere Kräfte aus der Massenträgheit des Zylinderkörpers entgegenwirken.
Dies gilt besonders dann, wenn der gesamte Zylinderkörper aus porigem Leichtmetall besteht, weil dann ein besonders nied riges Gewicht und mithin eine beträchtlich ver ringerte Massenträgheit des Zylinderkörpers gegeben ist.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar zei gen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolben- pumpe in Triebflansch-Bauweise und Fig. 2 einen Schnitt durch den Trommelkörper gemäss der Linie II-11 der Fig. 1.
Die sich drehende Zylindertrommel 1 enthält in üblicher Weise die Zylinderbohrungen 2, welche durch die Verbindungskanäle 3 mit der Stirnfläche 4 der Zylindertrommel kommunizieren. Die Stirnfläche 4 der Zylindertrommel 1 wirkt in bekannter Weise für die Steuerung der Druckflüssigkeit mit der un- drehbaren Steuerfläche 5 zusammen, die die üblichen nierenförmigen Durchlässe 6 für die Druckflüssigkeit aufweist.
Zwischen der Zylindertrommel-Stirnfläche 4 und der Steuerfläche 5 besteht ein Spalt, welcher von einem Schmierfilm ausgefüllt ist, der durch die Druck flüssigkeit gebildet wird, die aus den Verbindungs kanälen 3 und den nierenförmigen Öffnungen 6 in den Spalt gelangt.
Infolge der Relativdrehung der Zylindertrommel 1 gegenüber der Steuerfläche 5 entsteht im Spalt Rei bungswärme. Um diese Reibungswärme in zulässigen Grenzen zu halten, hat man bisher unter Inkaufnahme unerwünscht grosser Leckmengen die Weite des Spal tes verhältnismässig gross halten müssen. Zur Vermei dung dieses Nachteils ist beim Ausführungsbeispiel der Trommelkörper 1 aus einer porigen Leichtmetall- legierung hergestellt. Die in den Spalt gelangte Flüs sigkeit füllt die Poren, welche sich an der Zylinder trommel-Stirnfläche 4 befinden.
Wenn sich die Zy lindertrommel 1 infolge der Reibung zwischen ihrer Stirnfläche 4 und der Steuerfläche 5 erhitzt, so ver- grössert sich das Volumen der in den Poren enthal- tenen Flüssigkeit mehr als die Poren selbst. Infolge dessen 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 Zylinderbohrungen 2 durch fliessende Flüssigkeit und an das sie umgebende Me dium eine geringere Temperatur an. Hierdurch kühlt sich auch die in den Poren noch vorhandene Flüssig keit unter Verkleinerung ihres Volumens ab, so dass wieder Flüssigkeit aus dem Spalt in die Poren ein tritt und somit die Spaltweite kleiner wird. Auf solche Weise wird die Spaltweite automatisch so gross ge halten, dass eine überhitzung der Zylindertrommel vermieden ist.
Da die Beeinflussung der Spaltweite durch die Porenflüssigkeit nur im Bereiche enger Spaltweiten erfolgt, wird keine übermässige Spaltver grösserung verursacht, und es sind demzufolge die durch den Spalt bedingten unvermeidlichen Leck verluste auf die kleinste Menge begrenzt.
Die Verwendung einer porigen Leichtmetall- legierung für die gesamte Zylindertrommel hat da neben den Vorteil, dass die im Spalt zwischen der Zylindertrommel-Stimfläche 4 und der Steuerfläche 5 entstehende Reibungswärme verbessert in den Trommelkörper 1 übergeht. Infolge der guten Wärme- leiteigenschaften von Leichtmetallegierungen wird die in den Trommelkörper 1 übergegangene Wärme verbessert in diesem weitergeleitet. Die Wärme ge langt hierbei 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 Ober flächenbeschaffenheit der Begrenzungswände der Zy- linderbohrungen 2 und der Verbindungskanäle 3 be günstigt.
Belässt man bei einer solchen Ausführung den Spalt in der bisherigen Weise, so ist es möglich, die Drehzahl und damit die Leistung der Axialkolben- pumpe oder des Axialkolbenmotors zu steigern, ohne hierfür die Gefahr einer überhitzung der Zylinder- trommel-Stirnfläche 4 oder der Steuerfläche 5 in Kauf nehmen zu müssen.
Wird auf eine solche Leistungssteigerung verzich tet, so kann der Spalt zwischen der Zylindertrommel 4 und der Steuerfläche 5 verringert werden, womit zugleich die im Spalt auftretenden Leckverluste ver- kleinert werden.
Eine stärkere Erwärmung der Zy- lindertrommel-Stirnfläche 4 und der Steuerfläche 5 ist in diesem Falle nicht zu erwarten, weil die Wärme zufolge der Verwendung einer porigen Leichtmetall- legierung für den Trommelkörper 1 verbessert aus dem Spalt abgeführt wird.