Hydraulische Aidalkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Axi- alkolbenmaschinen wie Pumpen oder Motoren mit veränderlicher Ausgangsleistung bei konstantem Hub, ferner mit einem Gehäuse, einem Einlass- und einem Auslassraum, einer im Gehäuse drehbaren Trommel mit achsenparallelen Zylinderbohrungen, in denen die Kolben laufen, und mit einer Scheibe, die den Kolben eine hin- und hergehende Bewegung er teilt, wobei die Achse der Scheibe schräg zu den Achsen der Trommel und der Kolben steht.
Bei gewissen Arten von hydraulischen Pumpen oder Motoren der vorstehend beschriebenen Art mit Axialkolben kann die erwähnte Scheibe geschwenkt werden, und zwar von einer Ausgangslage aus, in welcher sie sich in einer zur Achse der Trommel sen krecht verlaufenden Ebene befindet, in eine vorbe stimmte maximal geneigte Stellung, so dass der Kol benhub von Null bis zu einem vorbestimmten Maxi mum verändert werden kann. Hierdurch wird die Ausgangsleistung der Pumpe oder des Motors ent sprechend beeinflusst.
Derartige Pumpen oder Motoren werden allge mein als Pumpen oder Motoren mit veränderlichem Hub und mit Taumelscheibe bezeichnet.
Bei Pumpen oder Motoren der vorstehend ge schilderten Art ist es üblich, die Flüssigkeit axial ein zuführen und sie ebenfalls axial durch eine Ventil platte abzulenken, wobei die Einlass- und Auslass- räume die Form von Teilen von Kreisringbögen be sitzen oder nierenförmige Gestalt haben und durch symmetrische flache Zungen oder Stege getrennt sind. Ausserhalb dieser Räume ist eine Anzahl von sogenannten Ueberlaufnuten vorhanden, welche als dynamische Polster oder Kissen dienen und ein hydrostatisches Gleichgewicht zwischen der Trommel und der Ventilplatte bilden.
Ferner ist es bei einer derartigen Anordnung üblich, Flüssigkeit unter Druck durch die Kolben und durch Schleifkörper, die sich an den äusseren Enden der Kolben befinden, abfliessen zu lassen. Diese Schleifkörper folgen der Vorderfläche der Scheibe.
Diese Benutzung einer kreisringförmigen Ventilplatte mit dynamischen Kis sen oder Polstern und die Benutzung von Ablaufka nälen oder engen Kanälen, die mit den Bohrungen der Trommeln entweder durch die Kolben oder durch die Scheibe selbst kommunizieren, erfordert aber teure und komplizierte Arbeitsvorgänge bei der Her stellung der betreffenden Pumpe oder des betreffen den Motors.
Der Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte und vereinfachte Form einer hydraulischen Axialkol- benmaschine anzugeben.
Gemäss der Erfindung ist die Maschine dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass- und der Auslass- raum sich längs des Umfangs der Trommel erstrek- ken, dass Kanäle von den inneren Enden der Zylin- derbohrungen innerhalb der Trommel in radialer Richtung zum Umfang der Trommel verlaufen und dort an zwischen den beiden Trommelstirnflächen liegenden Stellen in die Räume einmünden, und dass Kanäle für die unter Druck stehende Flüssigkeit vor handen sind,
welche den Umfang der Trommel mit der Scheibe verbinden, um eine hydrostatische Entla stung der Scheibe zu bewirken, wobei die Trommel hydrostatisch durch diejenige Flüssigkeit entlastet wird, welche längs des Umfangs der Trommel gegen dasjenige Stirnende leckt, welches sich in betriebs- mässigem Kontakt mit der Stirnwand des Gehäuses befindet.
Anhand der Zeichnung wird im folgenden eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung be schrieben. Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch diese Aus- führungsform der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Stirnansicht der in Fig. 1 darge stellten Einrichtung, wenn dieselbe von links be trachtet wird.
Fig. 3 stellt eine Aufsicht auf die in Fig. 1 darge stellte Einrichtung dar und Fig.4 einen Schnitt längs der Schnittebene IV-IV in Fig. 1.
Das Gehäuse der Pumpe besteht aus zwei koaxial zueinander angeordneten Teilen 1 und 2, deren einander zugewendete Kreisringflächen durch Schraubenbolzen 3 zusammengehalten werden. Der Teil 1 enthält eine drehbare zylindrische Trommel 4, welche an ihrem dem Gehäuseteil 2 zugewendeten Ende eine Reihe von achsenparallelen Bohrungen 5 enthält, in welchen sich Hohlkolben 6 bewegen, die unter der Kraft von in Fig. 1 nach links drückenden Federn 7 stehen.
Das jeweils rechte Ende dieser Federn 7 liegt an einer kreisringförmigen Schulter 8 in dem betreffenden Zylinderraum 5 an. Diese Zylin derräume sind jeweils über einen in der Radiälrich- tung der Trommel verlaufenden Kanal 9 mit dem Raum ausserhalb der Trommel 4 verbunden: Jeder Kanal 9 kommuniziert abwechselnd mit einem Einlassraum 10 und einem Auslassraum 11.
Diese beiden Räume werden durch etwa halbkreis förmige Aussparungen in dem Gehäuseteil 1 gebildet, so dass sie die Trommel 4 in der in Fig. 4 dargestell ten Weise umschliessen. Wenn daher einer der Kanäle 9 durch einen der Stege 12, welche diese bei den Räume voneinander trennen, abgedeckt wird, so münden in jeden der Räume 10 und 11 gleich viele Kanäle 9.
Die Trommel 4 ist durch die bei 13 dargestellte Kerbverzahnung auf eine Welle 14 aufgekeilt, welche in Nadellagern 14a in der Stirnwand la der Gehäuse- hälfte 1 läuft. über diese Welle wird die dargestellte Pumpe seitens eines Motors angetrieben.
Gemäss Fig. 4 befindet sich in der Mitte des Ein lassraumes 10 eine Einlassöffnung 10a und in der Mitte des Auslassraumes 11 eine Auslassöffnung 11a, so dass die mit den Räumen<B>10</B> und 11 kommu nizierenden Punkte als diametral gegenüberliegend und radial durch das Pumpengehäuse hindurch ver laufende Kanäle betrachtet werden können. Die Ein lasseite und die Auslasseite der Pumpe liegen zwi schen den Enden der Trommel 4,
wobei das Ende der Trommel, welches den Kolben 6 abgewendet ist, einen Ring 4a aus einem Metall oder Werkstoff er hält, der die Reibung der Stirnfläche der Trommel an der Stirnwand la der Gehäusehälfte 1 vermindert. Der betriebsmässige Kontakt braucht nicht ein trok- kener Kontakt zu sein, da nämlich die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit, welche vom Umfang der Trommel 4 abläuft,
ein Nadellager 4b am rechten Trommelende durchsetzen und schmieren kann. Man kann auch, wie im folgenden noch dargelegt werden wird, Einrichtungen vorsehen, um ein hydrostatisches Gleichgewicht zu erzeugen, welches zur Schmierung dei einander gegenüberstehenden Flächen beiträgt.
Das linke Ende der Trommel 4 in Fig. 1 wird ge- wünschtenfalls in einem Nadellager 4c geführt, wel ches durch einen Hilfsring gehalten wird, der durch die Gehäusehälfte 2 in die Gehäusehälfte 1 ange drückt wird.
Die in Fig. 1 linken Enden der Hohlkolben 6 gleiten auf einer Scheibe 15, die vermöge ihrer Lage im Gehäuse eine ähnliche Funktion wie eine Nocken scheibe erfüllt und welche eine ebene Stirnfläche be sitzt, die einen konstanten Winkel mit der Achse der Trommel 4 bildet. Die Scheibe 15 trägt einen kon zentrischen Zapfen 15a, der in einer Aussparung 16 läuft, in welcher gewünschtenfalls noch Nadellager 16a -angebracht werden können. Die Aussparung 16 befindet sich in einem zylindrischen Körper 17, der seinerseits von der Gehäusehälfte 2 umschlossen wird.
Der Körper 17 trägt ebenfalls einen zur Trom mel 4 konzentrisch liegenden Zapfen 17a, welche in der Stirnwand der Gehäusehälfte 2 gelagert ist und an welcher ein Hebel 18 angreift, mittels dessen der Körper 17 nm die Achse der Trommel 4 gedreht werden kann. Die rückwärtige, d. h. kreisringförmige Fläche der Scheibe 15 liegt auf einem Drucklager 15b auf.
Der Hebel 18 ist mittels eines Stiftes 18a an dem Zapfen 17a befestigt und wird an die Stirnwand der Gehäusehälfte 2 mittels eines unter der Kraft einer Feder stehenden schleifenden Stiftes 19 ange drückt, so dass eine Nase 18b des Hebels 18 jeweils in eine der Kerben 20 (Fig. 1 und 3) einspringen kann. Diese Kerben 20 sind in einen in Fig. 1 und 3 nach links vorspringenden Rand der Gehäusehälfte 2 eingearbeitet. Ein Dichtungsring am Umfang des Körpers 17 verhindert ein Entweichen der zu pum penden Flüssigkeit.
Man erkennt; dass durch Verdrehung des Kör pers 17 mittels des Hebels 18 die Phasenlage der radialen Kanäle 9 in der Trommel 4 gegenüber den Räumen 10 und 11 geändert werden kann. Wenn sich beispielsweise der Hebel 18 in der in der Zeichnung dargestellten Lage befindet, stehen gemäss Fig. 4 ebenso viele Kanäle 9 in Verbindung mit dem Ein- lassraum 10 wie mit dem Auslassraum 11, so dass die Pumpe mit maximaler Ausgangsleistung arbeitet.
Wenn sich nämlich die Kolben der Zylinderräume 5, welche mit dem Einlassraum 10 in Verbindung ste hen, nach aussen bewegen, was bei einer Drehung der Trommel 4 im Uhrzeigersinne in Fig. 4 der Fäll ist, so wird Flüssigkeit in die betreffenden Kanäle 9 ein gesaugt,
während die Kolben der mit dem Auslass- raum 11 in Verbindung stehenden Zylinder 5 Flüs sigkeit durch die Auslassöffnung l l a ausstossen. Dies lässt sich leicht verstehen, wenn man annimmt, dass der der Trommel 4 zunächst gelegene Teil des Umfangs der Scheibe 15 sich mit einem Stege 12 in Fig. 4 in Deckung befindet.
Wenn aus der in Fig. 2 dargestellten Lage der Hebel 18 um 90 Grad nach rechts oder links verdreht wird, wird auch die Scheibe 15 gegenüber ihrer ursprünglichen Lage um 90 Grad gedreht und es werden daher aus den Räumen 10 und 11 gleiche Flüssigkeitsmengen abgeführt bzw. in diese Räume eingeführt, so dass die Pumpe im ganzen keine Flüs sigkeit liefert.
Wenn man den Hebel 18 aus der in Fig. 2 darge stellten Lage um<B>180</B> Grad dreht, wird der Flüssig keitsstrom umgekehrt, so dass die Flüssigkeit an dem Stutzen lla einströmt und durch den Stutzen 10a die Pumpe wieder verlässt.
Wenn die in der Zeichnung dargestellte Maschine als ein hydraulischer Motor benutzt werden soll, wird die betreffende Flüssigkeit unter Druck dem Einlass- raum 10 zugeführt, so dass die in den Zylindern 5 beweglichen Kolben 6 auf die der Trommel 4 zuge wendete Stirnfläche der Scheibe 15 aufgedrückt wer den. Vermöge der vertikalen Kraftkomponenten wird die Trommel 4 dann angetrieben, so dass die Welle 14 als Ausgangswelle benutzt werden kann.
Da dabei die Kanäle 9 an den in Fig. 1 rechten Enden der Zylinderbohrungen 5 den Raum 11 durchlaufen, wird die aus der Trommel 4 austretende Flüssigkeit durch den Auslassstutzen 11a ausgestossen, und in Abhän gigkeit von der Lage des Hebels 18 wird auch die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 14 verändert. Dies bedeutet, dass bei der in Fig. 2 dargestellten Lage des Hebels 18 die Drehgeschwindigkeit der Welle 14 ein Maximum ist und auf Null sinkt, wenn der Hebel 18 um 90 Grad gedreht wird.
Wie bereits oben angedeutet, kann man ein hydrostatisches Gleichgewicht der Trommel 4 und der Scheibe 15 erreichen. Wenn nämlich die Kolben einen Druck auf die Flüssigkeit ausüben, wird eine verhältnismässig geringe Flüssigkeitsmenge unter diesem Druck aus den Kanälen 9 austreten und längs des Umfangs der Trommel verlaufen, so dass zwi schen der Stirnwand 1 a der Gehäusehälfte 1 und dem Kreisringkörper 4a ein Flüssigkeitsfilm hindurchtritt, welcher als ein dynamisches Kissen arbeitet,
und die Stirnwand der Trommel 4 von der Stirnwand la der Gehäusehälfte 1 trennt. Da die Trommel 4 mittels der Kerbverzahnung 13 auf der Welle 14 aufgekeilt ist, führt die Trommel diejenige geringe axiale Verlage rung aus, welche zur Erzielung einer dynamischen Kissenwirkung erforderlich ist. Diese sehr geringe axiale Verlagerung der Trommel beruht darauf, dass die gesamte wirksame Kreisringfläche an der Stirn seite der Trommel 4 grösser ist als die Summe der Querschnittsflächen aller Kolben.
Jedoch wird der Flüssigkeitsfilm, welcher das dynamische Kissen zwi schen der Trommel 4 und der Stirnwand la bildet, von einem übergrossen Druck dadurch entlastet, dass man eine Anzahl von engen Bohrungen 21 (Fig. 1) vorsieht, welche von einer konzentrischen Bohrung 23 in der Trommel ausgehen, die ihrerseits frei mit dem Raum zwischen der linken Stirnfläche der Trommel 4 und der Scheibe 15 in Fig. 1 kommuni- ziert.
Ebenso kann ein hydrostatisches Gleichgewicht der Scheibe 15 dadurch erzeugt werden, dass man beispielsweise in den Gehäusehälften 1 und 2 enge Bohrungen 24 und 25 vorsieht, über welche Flüssig keit unter Druck von der Aussenfläche der Trommel 4 zur Aussenfläche des Körpers 17, welcher seiner seits die Scheibe 15 trägt, geleitet werden kann. Da bei wird die Flüssigkeit dem Körper 17 über eine an seiner Aussenfläche befindliche Nut 26 zugeleitet, von welcher aus die Flüssigkeit über einen Kanal 27 die Vertiefung 16 erreicht. Diese Vertiefung 16 ist schwach konisch, so dass eine gewisse Menge der Flüssigkeit unter Druck in den Raum unterhalb der Scheibe 15 eintritt.
Da die Kreisringfläche der Scheibe 15, welche den Zapfen 15a umschliesst, un gefähr ebenso gross ist wie die Kreisringfläche des Ringkörpers des Ringkörpers 4a auf der rechten Stirnfläche der Trommel 4 in Fig. 1, so sieht man, dass die Scheibe 15 hydrostatisch entlastet ist,
und eine etwaige über die Erzielung dieses hydrostati schen Gleichgewichts hinaus erforderliche Flüssig keitsmenge auch in den Raum 29 zwischen der Scheibe 15 und dem linken Stirnende der Trommel 4 hineinfliesst. Die in diesem Raum befindliche Flüs sigkeit wird über einen Auslassstutzen 28 in den Flüssigkeitskreislauf oder in einen Reservebehälter zurückgefördert.
Die vorstehend beschriebene hydrostatische Druckentlastung bzw. Entlastung der Scheibe 15 und der Trommel 4 ist besonders zweckmässig, wenn das Nadellager 15b und der Ring 4a in Fig. 1 fortgelassen werden.
Die in Fig. 1 linken Enden der Kolben sind so bearbeitet, dass sie eine leicht konische Form aufwei sen, so dass die Berührung zwischen einem Kolben und der Scheibe 15 eine linienförmige Berührung ist, wobei die Berührungslinie von der Achse des betref fenden Kolbens zum Umfang des Kolbens verläuft. Diese Formgebung vermindert zusammen mit der freien Drehbarkeit der Scheibe 15 Leistungsverluste infolge von Reibung.
Aus den vorstehenden Darlegungen dürfte her vorgehen, dass durch Verwendung von einander dia metral gegenüberliegenden Räumen 10 und 11 in Verbindung mit radial das Gehäuse durchsetzenden Einlass- und Auslassöffnungen und ferner durch Verwendung einer unter einem konstanten Winkel stehenden Ventilschleife 15,
sowie durch Benutzung der einander gegenüberliegenden Stirnfläche des Ringes 4a und der inneren Stirnfläche der inneren Stirnwand la des Gehäuses zur Erzielung eines hydrostatischen Gleichgewichts sowie schliesslich durch Erzielung einer gleichartigen Wirkungsweise bezüglich der Scheibe 15 und der Trommel 4 eine einfache und technisch hochwertige Form einer Pumpe oder eines hydraulischen Motors geschaffen worden ist.