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Hohlkolben für Axialkolbenpumpen und -motoren Die Erfindung betrifft
Hohlkolben mit sphärischen Köpfen für Axialkolbenpumpen und Axialkolbenmotoren,
bei welchen sich die Hohlkolben beim Druckhub gegen den drehbaren Teller einer schwenkbaren
oder feststehenden Schiefscheibe abstützen und während des Saughubes unter Wirkung
von Federungselementen kraftschlüssig gegen den drehbaren Teller der schwenkbaren
oder feststehenden Schiefscheibe gedrückt werden.
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Das charakteristische Merkmal solcher an sich bekannter Hohlkolben
ist, daß die Kraftübertragung derselben ohne besondere kraftverzehrende Zwischenglieder
durch direkte Abstützung auf dem drehbaren Teller einer Schiefscheibe erfolgt und
daß sich dabei die Hohlkolben vermittels ihrer sphärischen Köpfe während der Hubbewegung
auf dem drehbaren Teller der Schiefscheibe sozusagen abwälzen. Jede Unterbrechung
dieses Zustandes bei derartigen Axialkolbenpumpen und Axialkolbenmotoren, d. h.
ein Abheben der Hohlkolben von der Schiefscheibe bedeutet eine Änderung des Kolbenhubes
und führt infolge nicht mehr vorhandener Kraftschlüssigkeit zwischen Hohlkolben
und Teller der Schiefscheibe zu unerwünschten Geräuschen und Bildung von Reibverschleiß
zwischen den sphärischen Köpfen der Hohlkolben und dem Teller der Schiefscheibe.
Während beim Druckhub durch die geförderte Druckflüssigkeit die Hohlkolben automatisch
gegen die Schiefscheibe gedrückt werden, muß beim Saughub durch andere Maßnahmen
dafür gesorgt werden, damit dies gewährleistet wird.
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Das geschieht bei Hohlkolben ähnlicher bekannter Axialkolbenpumpen
durch Federungselemente, beispielsweise Druckfedern, die in den Hohlkolben untergebracht
sind. Die Ausbildung und Anordnung solcher Federungselemente, welche die Hohlkolben
an der Schiefscheibe halten sollen, verhindert aber zumeist eine leichtgängige Drehung
der Hohlkolben um ihre Achse oder diese Drehung überhaupt. Das führt aber erfahrungsgemäß
zu erheblichen Verschleißerscheinungen an den Berührungsstellen der sphärischen
Kolbenköpfe und der Schiefscheibe, insbesondere wenn es sich um schnell laufende
Axialkolbenpumpen handelt.
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Bei schnell laufenden Axialkolbenpumpen mit rotierendem Zylinderkörper
spielen auch die Fliehkräfte in bezug auf die Drehung der Hohlkolben um ihre Achse
eine zu beachtende Rolle. Die Praxis hat gezeigt, daß infolge der Fliehkraftwirkung
der Federungselemente diese einen Reibwiderstand auf die inneren Wandungen der Hohlkolben
ausüben, was einmal zu Verschleißerscheinungen an den Federungselementen führt und
zum anderen die Hohlkolben in ihrer Drehung um ihre Achse stark behindert.
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Es ist bekannt, daß für eine einwandfreie Kinematik der Berührungspunkte
der sphärischen Köpfe. der Hohlkolben auf der Schiefscheibe, d. h. um ein Gleiten
der Hohlkolben auf dieser zu vermeiden, die Schiefscheibe mit einem drehbar gelagerten
Teller ausgerüstet sein muß, auf dessen Berührungsfläche dann, wenn sich die Kolben
ebenfalls frei um ihre Achse drehen können, eine Art Wälzbewegung der sphärischen
Köpfe der Hohlkolben während der Hubbewegung der Hohlkolben zustande kommt und wodurch
Reibverschleiß verhindert wird.
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Da, wie bereits erwähnt, aber bei federbelasteten Hohlkolben deren
freie Drehung um ihre Achse fraglich ist, führte dieWeiterentwicklung vonAxialkolbenpumpen
und Axialkolbenmotoren dazu, deren Kolben durch andere Maßnahmen gegen die Schiefscheibe
zu drücken. Da hydraulisch stirnseitig beaufschlagte Kolben an sich in ihrer Drehbewegung
um ihre Achse normalerweise nicht behindert sind, war es naheliegend, die Kolben
hydraulisch kraftschlüssig gegen den drehbaren Teller der Schiefscheibe zu drücken.
Beim Druckhub geschieht dies ohnehin, wie schon erwähnt, durch die geförderte Druckflüssigkeit,
hingegen beim Saughub müßte die Druckflüssigkeit zugeführt werden, das bedeutet
aber, daß ein Selbstansaugen nicht möglich ist.
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Es sind bereits solche selbstansaugendeAxialkolbenpumpen bekannt,
bei denen entweder von einer Hilfspumpe oder von einem Druckspeicher die Druckflüssigkeit
mit einem geringen Druck saugseitig den Zylinderräumen der Kolben zugeführt wird.
Derartige Systeme stellen aber teure Anlagen dar.
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Es sind auch solche Axialkolbenpumpen bekannt, bei denen jeder Kolben
für sich mit einer zweiten wirksamen Druckfläche an einen-mit Druckflüssigkeit gefüllten
geschlossenen Raum angeschlossen ist, dessen Druck etwa wie bei einem Akkumulator
stets auf gleicher Höhe gehalten wird, wodurch also auch-die
Kolben
beim Saughub hydraulisch gegen den Teller der Schiefscheibe gepreßt werden. Aber
auch bei diesen Pumpen ist zusätzlich eine kleine Hilfspumpe zum Aufladen des Akkumulators
erforderlich. Außerdem ist die Herstellung dieser Axialkolbenpumpen schwierig, weil
deren Kolben abgesetzte Durchmesser besitzen, um zwei wirksame Druckflächen, die
eine für den eigentlichen Förderhub und die andere für die Erzeugung der Kolbenbewegung
beim Saughub, zu erhalten. Selbstredend stellt die Herstellung abgesetzter Zylinderbohrungen
und dazu passender Kolben eine erhebliche Verteurung dar.
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Da an sich jede die Erfindung betreffende Axialkolbenpumpe auch als
Hydromotor (Axialkolbenmotor) verwendet werden kann, betrifft die Erfindung auch
diese Axialkolbenmotoren.
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Normalerweise wird bei in offenen Kreisläufen vorgesehenen Hydromotoren
Druckflüssigkeit einer Druckquelle (Pumpe) entnommen und von dem Hydromotor wieder
drucklos zum Behälter ausgestoßen. Bei solchen Betriebszuständen würden sich für
Axialkolbenmotoren in der die Erfindung betreffenden Ausführung federnde Elemente
für die Hohlkolben nicht unbedingt erforderlich machen.
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Die Forderung für Selbstansaugen des Axialkolbenmotors tritt jedoch
dann auf, wenn solche die Erfindung betreffende Axialkolbenmotoren in offenen Kreisläufen
angewandt werden, bei denen der Axialkolbenmotor durch ein rückwirkendes Drehmoment
entgegen seiner Arbeitsdrehrichtung angetrieben wird, beispielsweise bei Hebezeugantrieben,
wo beim Absenken der Last der Axialkolbenmotor als Bremspumpe benutzt werden kann.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Anordnung der Hohlkolben
für Axialkolbenpumpen und Axialkolbenmotoren so zu gestalten, daß der Vorteil der
einfachen und billigen Art, zum Zwecke des Selbstansaugens die Hohlkolben mittels
federnder Elemente, beispielsweise Druckfedern, gegen den Teller der Schiefscheibe
zu pressen, beibehalten wird, aber darüber hinaus dafür gesorgt wird, daß die federnden
Elemente keine hemmende Wirkung auf die Drehbewegung der Hohlkolben um ihre Achse
ausüben können und wodurch Gewähr gegeben ist, daß kein Reibverschleiß an den Berührungspunkten
zwischen den sphärischen Köpfen der Hohlkolben und dem Teller der Schiefscheibe
und an den federnden Elementen selbst auftritt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß innerhalb jedes
Hohlkolbens ein teleskopartiges Federungselement angeordnet ist, welches ein Ausknicken
der Druckfeder und Reibung derselben an der inneren Kolbenwandung verhindert.
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Das Federungselement besteht aus einem hülsenartigen Federteller einerseits,
eines in diesem achsmittig und längs beweglich geführten stangenartigen Federteller
andererseits und einer zwischen diesen beiden axial eingespannten und durch diese
beiden radial geführten Druckfeder.
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Weitere Erfindungsmerkmale sind, daß sich einerseits der hülsenartige
Federteller mit seinem äußeren Ende genau achsmittig zum Hohlkolben in einer im
Boden der Zylinderbohrung des Zylinderkörpers vorgesehenen zylindrischen Flachsenkung
radial unverrückbar abstützt und daß andererseits der stangenartige Federteller
an seinem äußeren Ende in einer achsmittig vorgesehenen zylindrischen Gleitspanne
mit ebenem Boden eine lose Stahlkugel trägt, vermittels der sich der stangenartige
Federteller genau achsmittig zum Hohlkolben und radial unverrückbar in einer im
Boden des Hohlkolbens befindlichen Spitzsenkung abstützt.
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Der stangenartige Federteller kann erfindungsgemäß auch so .ausgebildet
sein, daß er an seinem äußeren Ende achsmittig einen kegeligen Zapfen besitzt und
sich vermittels diesem über mehrere lose Stahlkugeln nach Art eines Dreipunktwälzlagers
am Boden des Hohlkolbens genau achsmittig zum Hohlkolben abstützt.
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Durch diese Maßnahme wird gewährleistet, daß während der Hubbewegung
der Hohlkolben und bei Wirkung von Fliehkräften, die bei Hohlkolben mit Federungselementen
in rotierenden Zylindertrommeln auftreten, keine Berührung der Teile der Federungselemente
an der inneren Wandung der Hohlkolben stattfindet. Darüber hinaus wird weiter gewährleistet,
daß sich die Hohlkolben bei Wirkung der teleskopartigen Federungselemente infolge
Abstützung über lose bzw. drehbare Stahlkugeln leichtgängig um ihre Achse drehen
können.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird an Hand einer
Zeichnung erläutert. Es zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch einen Hohlkolben mit
durch eine Stahlkugel zentriertem Federungselement, Abb. 2 einen Längsschnitt durch
einen Hohlkolben mit durch mehrere Stahlkugeln zentriertem Federungselement.
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Der Hohlkolben 1 ist in dem Zylinderkörper 2 in beliebiger Anzahl
beweglich angeordnet. In jedem Hohlkolben 1 befindet sich ein Federungselement,
bestehend aus dem hülsenartigen Federteller 3, dem stangenartigen Federteller 4
(Abb.1), der Stahlkugel5 und der Druckfeder 6. Bei einem anderen Beispiel (Abb.
2) sind ein stangenartiger Federteller 12 - und mehrere Stahlkugeln 13 angeordnet.
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Die Schiefscheibe 7 mit dem drehbar auf dieser gelagerten Teller 8
bewirkt die Hubbewegung der Hohlkolben 1. Auf dem drehbaren Teller 8 stützen sich
die Hohlkolben 1 ab.
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Wird außerdem die Schiefscheibe 7 vermittels geeigneter Mechanismen,
die auf der Zeichnung nicht dargestellt sind, in verschiedene Schräglagen gebracht,
so kann der Hub der Hohlkolben 1 verändert werden.
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Um zu gewährleisten, daß sich die Hohlkolben 1 während ihrer Hubbewegung
kraftschlüssig und ohne nennenswerten Verschleiß auf dem drehbar gelagerten Teller
8 abstützen bzw. abwälzen können, was eine Drehmöglichkeit der Hohlkolben 1 um ihre
Achse voraussetzt, sind erfindungsgemäß die Federteller 3 und 4 bzw. 3 und 14 als
Hülse bzw. als Stange ausgebildet, die so ineinander gleiten können, daß die Druckfeder
6 so geführt wird, daß diese nicht seitlich ausknicken kann. Dadurch, daß der Federteller
3 sich erfindungsgemäß in einer Flachsenkung 9 zentrierend in dem Zylinderkörper
2 abstützt und daß erfindungsgemäß der Federteller 4 in der einen Ausführung nach
Abb. 1 vermittels der Stahlkugel 5 und im anderen Ausführungsbeispiel nach Abb.
2 erfindungsgemäß der Federteller 12 vermittels mehrerer Stahlkugeln 13 im Hohlkolben
selbst zentriert wird, ist ein Reiben der Druckfeder 6 oder der Federteller 4 bzw.12
an der Innenwand der Hohlkolben 1 ausgeschlossen.
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Während sich bei dem einen Ausführungsbeispiel nach Abb. 1, welches
sich für Kolben kleineren Durchmessers eignet, die Stahlkugel 5 in einer Spitzsenkung
10 des Hohlkolbens 1 reibschlüssig festsetzt und damit sozusagen synchron mit der
Drehbewegung des Hohlkolbens 1 um seine Achse in der Gleitpfanne 11 des Federtellers
4 rotieren kann, findet bei dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 2,
das sich besser für Hohlkolben größeren Durchmessers eignet, ein Abwälzen der Kugeln
13 zwischen dem Federteller 12 und dem Hohlkolben 1 ähnlich wie bei einem Dreipunktkugellager
statt.
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In beiden Fällen wird also bei Wirkung der Kraft der Druckfeder 6
eine sichere Drehung des Hohlkolbens 1 um seine Achse bei geringster Reibung gewährleistet.
Somit wäre also auch sichergestellt, daß sich die Hohlkolben 1 während ihrer Hubbewegung
auf dem drehbar gelagerten Teller 8 der Schiefscheibe7 den Gesetzen der Kinematik
folgend sozusagen in idealer Weise kraftschlüssig abstützen bzw. ohne nennenswerten
Reibverschleiß abwälzen.