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Einrichtung bei Drehschiebersteuerungen für Kolbenmaschinen, insbesondere
für hydro-statische Pumpen oder Motoren Drehschiebersteuerungen für Kolbenmaschinen,
insbesondere für hydrostatische Pumpen oder Motoren, haben bekanntlich die Aufgabe,
die einzelnen Zylinder im Takte der Kolbenbewegungen mit den Zu- und Ableitungen
für das Arbeitsmittel (Öl) zu verbinden.
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Zu diesem Zweck läßt man eine Fläche des umlaufenden Zylinderkörpers
als Steuerfläche an einer geeigneten Gegenfläche (Steuerspiegel) anlaufen. Die aufeinander
gleitenden Steuerflächen können Zylinder-, Kegel-, Kugel- oder Planform aufweisen.
Jeder Zylinder besitzt eine im Bereich der Drehschieberfläche liegende Mündung,
und die erwähnte Gegenfläche ist mit Steuerschlitzen versehen, welche bei Drehung
des Zylinderkörpers von den Steueröffnungen der Zylinder nacheinander überfahren
werden.
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Um die zur Abdichtung zwischen den Flächen notwendigen Anpressung
zu erhalten, wird meistens der Druck des Arbeitsmittels benutzt, indem die Reaktionskraft
der Kolben den Zylinderkörper gegen den Steuerspiegel preßt.
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Dabei steht der Anpreßdruck in einem konstanten Verhältnis zum Druck
des Arbeitsmittels, und die dem Anpreßdruck entgegenwirkende Fläche der Steuerschlitze
am Gehäuse muß so bemessen sein, daß sowohl eine genügende Abdichtung zwischen den
Steuerflächen als auch eine glute Schmierung bei möglichst geringer Reibung gesichert
ist.
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Wenn die obergenannten Forderungen bei den die Steuerschlitze radial
einrahmenden Dichtflächen durch passende Abstimmung vorteilhaft erfüllt sind, so
ergibt sich zwangläufig bei den zwischen den Steuerschlitzen liegenden Drehschieberflächen
wegen der dort fehlenden hydrostatischen Entlastung ein ungenügender Ausgfeich und
dadurch eine erhöhte Flächenpressung. Die Folgen sind erhöhte Reibung und hoher
Anfahrwiderstand aus dem Stillstand. Auch ohne das Vorhandensein der größeren Flächenpressung
ist die Reibung des Drehschiebers allein schon unnötig vergrößert, da zwischen den
Steuerschlitzen Flächen größeren Inhalts aufeinander gleiten.
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Erwünscht wären demgemäß möglichst gleichmäßige hydraulische Entlastungsverhältnisse
über der ganzen Steuerspiegelfläche. Bei der Wahl von Mitteln, die geeignet sein
sollen, die gewünschten Gleit- und Dichtzustände herbeizuführen, ist noch als weitere
Störquelle des angestrebten Gleichgewichtszustandes zu berücksichtigen, daß die
mit der Drehung des Zylinderkörpers verbundene dauernde Änderung der Lage der Zylinder
zu den Gleitflächen zwischen den Steuerschlitzen solche Mittel ausschließt, deren
Wirkung während der Drehung des Zylinderkörpers sich nicht ändert. Zum Beispiel
ändert die resultierende Reaktionskraft aller unter Druck stehender Kolben im Laufe
einer Umdrehung periodisch ihre Lage und Größe, und die hydraulische Entlastung
an der Drehschieberfläche muß diesen Umstand berücksichtigen.
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Die vorliegende Erfindung offenbart nun Mittel, die geeignet sind,
den gewünschten Dichtungs- und Laufverhältnissen der aufeinander gleitenden Flächen
sehr nahe zu kommen.
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Dazu schlägt die Erfindung vor, daß zwischen den Steueröffnungen (Zylinderöffnungen,
Steuerschlitze) der Drehschieberfläche im Bereich der von. den Steueröffnungen überfahrenen
Ringflächen Aussparungen angeordnet und so geformt sind, daß keine urigedrosselten
Kurzschlußverbindungen zwischen den Steueröffnungen entstehen, und wobei der Gesamtflächeninhalt
der Aussparungen so auf die übrigen, die Steueröffnungen radial abgrenzenden Dichtflächen
abgestimmt ist, daß über die ganze vom Druck beaufschlagte Steuerfläche etwa die
gleiche hydraulische Entlastungswirkung entsteht.
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Die erfindungsgemäßen Aussparungen sind mir periodisch und so lange
wirksam, als sie von der Steueröffnung eines Zylinders überfahren werden. Zudem
ist ihre wirksame Fläche so auf die Daten des Zylinderkörpers abgestimmt, daß sie
im richtigen Moment wirksam wird und dann jeweils für die zwischen den Steueröffnungen
liegenden Flächen die angestrebte zusätzliche Entlastung ergibt.
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Die Notwendigkeit von Dichtstegen zwischen den Aussparungen zur Verhinderung
von urgedrosselten Kurzschlußverbindungen vermindert die angestrebte
#rntlastungsfläche.
Erfindungsgemäß besteht jedoch iie Möglichkeit eines Ausgleichs dieses Mangels,
ndem die Aussparungen in radialer Richtung einen i)estimmten Betrag über die Grenzen
der von den Steueröffnungen überfahrenen Ringfläche hinausragen.
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Tn manchen Fällen, insbesondere zwecks Geräwschverminderung, ist es
erwünscht, die Zylinder auch <<nährend des Überfahrens der neutralen Zone
über einen gewissen hydraulischen Widerstand (Drossel) mit der einen oder der anderen
der angrenzenden Steueröffnungen in Verbindung zu halten. Die bereits vorgeschlagenen
Aussparungen können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gleichzeitig zur
Lösung dieser Forderung herangezogen werden, dadurch, daß alle oder ein Teil der
nebeneinanderliegenlen Aussparungen durch zusätzliche Ausnehmungen mit Drosselwirkung
untereinander und gleichzeitig mit einer oder beiden der angrenzenden Steuer-3ffnungen
verbunden sind. -Erfindungsgemäß wird für manche Betriebsfälle vorgeschlagen, die
gedrosselte Verbindung der ein-.elnen Aussparungen so weit auszubauen, daß sogar
eine gewisse, wenn auch sehr gedrosselte Ku.rzschluß-3trömung zwischen den einander
folgenden Steuer-'_)ffnungen eintritt. Eine solche Kurzschlußströmung .tann z. B.
erwünscht sein, wenn die sonst bei Stilltand der Pumpe eines hydrostatischen Getriebes
be-:tehende hydraulische Blockierung des Motorteils bis @u einem gewissen Grad aufgehoben
werden soll.
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Als weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Verwirklichung des Erfindungsgedankens
sind nach der Erindung bei der einen Steuerfläche die Zwischenräume o5wischen den
Steueröffnungen durch mehrere Aussparungen unterteilt, und die Gegenfläche besitzt
von je zwei sich folgenden Steueröffnungen ausgehende tangentiale Hilfsaussparungen,
die sich. einander bis auf einen tangentialen Abstand nähern, der gleich oder größer
als die Breite einer der Aussparungen der Gegenfläche ist.
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Bei einer derartigen Anordnung bewirken die tan-#entialen Hilfsaussparungen,
daß beim Überfahren der neutralen Zone durch die Steueröffnungen der Zylinder jeweils
so viel Aussparungen der Gegenfläche vom Zylinderdruck beaufschlagt werden, daß
die Summe aller entlastend wirkenden Flächen weitgehend einer Fläche entspricht,
die den z-ten Teil (z=Zylinderzahl) der von den Steueröffnungen überstrichenen Steuerfläche
ausmacht.
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Durch diese Anordnung sind die angestrebten gleichmäßigen hydraulischen
Belastungsverhältnisse der tragenden Gleitfläche im Bereich der ganzen Steuerfläche
in besonders vorteilhafter Weise gesichert.
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Das Schnittprofil der erfindungsgemäßen Aussparungen in Bewegungsrichtung
ist an sieh ohne Einfluß auf die Entlastungswirkung. Es kann aber neben der durch
die Aussparungen erzielten hydrostatischen Entlastung eine zusätzliche hydrodynamische
.Entlastung erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß die Begrenzungslinien der
Aussparungen in Drehrichtung mit der Drehschieberfläche einen spitzen Winkel ä bildet.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung
dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine Teilansicht der die Steuerschlitze tragenden Steuerfläche
(Steuerspiegel) mit Aussparungen, Fig. 2 die Steuerspiegelfläche mit einer anderen
Ausbildung der Aussparungen, Fig.3 eine Ansicht der zur Zylindertrommel gehörenden
Steuerfläche, Fig.4 eine Ansicht der Steuerfläche nach Fig.3 mit Hilfsaussparungen,
Fig. S in vergrößerter Darstellung eine beispielsweise Ausbildung des Querprofils
der Aussparungen (Schnitt A-B der Fig. 2).
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Die in den Steuerflächen (Steuerspiegel 1 der Fig. 1 und 2) angeordneten
Steuerschlitze, welche der Zu- und Abführung des Betriebsmittels (Öl) dienen, sind
mit 2 und 3 bezeichnet. Zwischen den Steuerschlitzen befinden sich die Ringflächen
4 und 5, welche mit den Aussparungen 6 (Fig. 1) und 7 (Fig. 2) versehen sind. Der
Umriß der Zvlinder 8 ist strichpunktiert angedeutet, ebenso die Steueröffnungen
9 der Zylinder und die radialen Begrenzungslinien der von den Steueröffnungen überfahrenen
Ringflächen.
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Die Aussparungen 6 bzw. 7 erstrecken sich in radialer Richtung etwa
innerhalb der von den Steueröffnungen 9 überfahrenen Ringflächen 4 bzw 5. Sie vermindern
die Größe der gleitenden Fläche und damit die Reibung. Im gleichen Sinne wirken
die in ihnen verbleibenden Ölpolster.
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Beim Anordnungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Aussparungen 7 z. B.
parallel zueinander angeordnet und über weitere Ausnehmungen 11 unter sich und mit
den Steuerschlitzen verbunden. Der dadurch ermöglichte ölfbertritt zwischen den
Steuerschlitzen ist im Verhältnis zur Ölfördermenge sehr gering und bewirkt, daß
Druckanstieg- und Abfall in den Zylinderräumen beim Überfahren der neutralen Ringfläche
nicht mehr schlagartig erfolgen, so daß die Geräuschbildung entsprechend verringert
ist.
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Die Querverbindungen 11 zwischen den Aussparungen 7 werden zweckmäßigerweise
am inneren und äußeren Ende der Aussparungen angebracht, um einen möglichst langen
Ölweg und damit eine gleichmäßige und ausreichende Drosselwirkung zu erzielen.
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Bei der in Fig. 3 gezeigten Steuerfläche 13 für die Zylindertrommel
sind die Aussparungen 14 zwischen den Steueröffnungen 9 der Zylinder angeordnet.
Aus den gleichen Gründen, wie bei Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben, bestehen auch in
der Steuerfläche der Zylindertrommel Verbindungen 15 zwischen den Steueröffnungen
9 und den Aussparungen 14.
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Die in Fig.4 dargestellte Steuerfläche für die Zylindertrommel besitzt
an Stelle der Aussparungen 14,15 (Fig. 3) die Hilfsaussparungen 16, 17. Diese verlaufen
in Drehrichtung zwischen den Steueröffnungen 9 und nähern sich einander bis auf
einen Abstand a. Zur Vermeidung einer Kurzschlußverbindung, die durch die Aussparungen
an der Gegenfläche (z. B. 6, Fig. 1) entstehen könnte, muß dieser Abstand a gleich
oder größer als die Breite der einzelnen Aussparungen der Gegenfläche sein.
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Die Profilform der Aussparungen 6 und 7 und 14 in Drehrichtung kann
rechteckig, halbkreisförmig oder ähnlich sein. Eine bevorzugte Form ist in Fig.
4 dargestellt. Die Aussparungen sind hier als flache Mulden ausgebildet, deren Fläche
mit der Steuerfläche in Drehrichtung einen spitzen Winkel a bildet. Dadurch kann
sich an den Übergangsstellen ein Ölpolster ausbilden, welches die Schmierung begünstigt.
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Die Ausbildung und Anordnung der Aussparungen beschränkt sich nicht
auf die in der Zeichnung dargestellten Arten. So können die Aussparungen außer radial
auch parallel zu einem Radius verlaufen. Der mit der Erfindung angestrebte Zweck
wird auch erreicht, wenn einzelne Aussparungen in Umfangsrichtung und einzelne in
radialer oder anderer Richtung
verlaufen oder kreisrund sind. Auch
ist es für die Wirkung der neuen Einrichtung ohne Bedeutung, welche der Steuerflächen
rotiert und welche stillsteht.