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Axialkolbenpumpe oder -motor mit umlaufender Zylindertrommel Das Hauptpatent
1003 039 beschreibt eine Axialkolbenpumpe oder -motor, deren Zylindertrommel
eine Zentralbohrung aufweist, die von einem am Halteteil der Steuerfläche angeordneten
Zapfen durchsetzt ist. Die Zentralbohrung bildet durch eine örtliche Erweiterung
einen Druckraum, der mit der Hochdruckseite der Axialkolbenpumpe oder des Axialkolbenmotors
in Verbindung steht und einseitig von einer den Zapfen umgebenden Büchse begrenzt
ist. Die Büchse ist gegenüber der Zylindertrommel axial verschieblich und undrehbar
am Zapfen geführt und übergreift mit einer Schulter die Zylindertrommel. Gegen die
Büchse drückt eine Druckfeder, welche sich zwischen der Büchse und einem am Zapfen
angeordneten Widerlager befindet. An die Stelle der Büchse kann als technisches
äquivalent auch eine stufenweise Verdickung des Zapfens treten, der in diesem Falle
durch eine axiale Verschiebbarkeit in dem die Steuerfläche tragenden Teil gegenüber
der Zylindertrommel axial verschieblich und durch eine Druckfeder belastet ist,
welche sich zwischen dem Widerlager des Zapfens und dein die Steuerfläche tragenden
Teil befindet. Die Zvlindertrommel wird bei drucklosem Zustand des Druckraumes durch
die Druckfeder über die Büchse oder den Zapfen mit ihrer Stirnfläche gegen die Steuerfläche
gedrückt. Erfolgt im Druckrauen ein Druckaufbau, so wird die Zylindertrommel durch
den Flüssigkeitsdruck im Druckraum mit ihrer Stirnfläche gegen die Steuerfläche
gedrückt. Zugleich überwindet der Flüssigkeitsdruck im Druckraum die Kraft der Druckfeder,
und es verschieben sich demzufolge die Büchse oder der Zapfen gegenüber der Zylindertrommel.
Dabei hebt sich die Schulter der Büchse oder des Zapfens von der Zylindertrommel
ab, womit die Schulterreibung entfällt und die Zylindertrommel nur noch hydraulisch
gegen ein Abheben von der Steuerfläche abgestützt ist.
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Beim Gegenstand des Hauptpatentes ist die Verbindung des Druckraumes
mit dem unter Hochdruck stehenden Teil der Pumpe oder des Motors über Rückschlagventile
gegeben, unabhängig davon, welcher Teil der Pumpe oder des Motors je nach der momentanen
Förder- oder Drehrichtung Hochdruck führt.
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Durch die Erfindung ist nun eine Weiterentwicklung der im Hauptpatent
beschriebenen Axialkolbenpumpe oder -motors geschaffen worden, indem erfindungsgemäß
die Büchse oder der Zapfen mit größengleichen Flächen zwei von der Zentralbohrung
gebildete Druckräume einseitig begrenzt, von denen ein Druckraum mit dem Hochdruckteil
und der andere Druckraum mit dein Niederdruckteil der Axialkolbenpumpe oder des
Axialkolbenmotors in Verbindung steht. Hierdurch wird zunächst erreicht, daß die
bisherigen Rückschlagventile entbehrlich sind, da je nach der Förder- oder Drehrichtung
der Axialkolbenpumpe oder des Axialkolbenmotors der eine oder andere oder auch beide
Druckräume wirksam sind. Ferner wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß die Zylindertrommel
unabhängig von dem Verhältnis des Druckes im momentanen Hochdruck- und Niederdruckteil
der Pumpe oder des Motors stets ausreichend gegenüber den Kräften hydraulisch abgestützt
ist, die vom Flüssigkeitdruck im Steuerspalt und in den nierenförmigen Öffnungen
der Steuerfläche herrühren und bestrebt sind, die Zylindertrommel von der Steuerfläche
abzudrängen. Die durch die Erfindung erzielte Unabhängigkeit vom Druckverhältnis
im momentanen Hochdruck- und Niederdruckteil ist beispielsweise von besonderer Bedeutung,
wenn die Arbeitsflüssigkeit mit veränderlichen Speisedrücken der Axialkolbenpumpe
zugefördert wird oder wenn mehrere Axialkolbenmotor e in Hintereinanderschaltung
betrieben werden. Durch die Anordnung zweier Druckräume werden zudem trotz eines
sich ändernden Druckverhältnisses des Hochdruck- und Niederdruckteiles die an der
Zylindertrommel wirksamen Kippkräfte klein
gehalten oder aufgehoben,
welche durch die unterschiedlichen Mittenabstände begründet sind, unter denen die
Flüssigkeitsdruckkräfte in den Zylindern der Trommel und an ihrer Stirnfläche angreifen,
wenn die nierenförmigen Öffnungen der Steuerfläche und die hiermit zusammenwirkenden,
mit den Zylindern in Verbindung stehenden Kanalmündungen an der Zylindertrommel-Stirnfläche
auf einen kleinen Durchmesser begrenzt sind. Ihre Anordnung auf einem kleinen Durchmesser
erlaubt es, die Dichtstege zwischen den nierenförmigen Öffnungen der Steuerfläche
und ihrem Außendurchmesser in erwünschter Weise breit zu halten, womit die Leckverluste
verringert werden.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abbildungen in zwei Ausführungsbeispielen
schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 eine Axialkolbenpumpe, deren Druckräume
in der Zentralbohrung der Zylindertrommel durch eine Büchse einseitig begrenzt sind,
Abb. 2 eine Axialkolbenpumpe, bei der die Druckräume in der Zentralbohrung der Zylindertrommel
vom Zapfen einseitig begrenzt sind.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen bezeichnet 1 die Zylindertrommel,
welche vom Triebflansch 2 über die Pleuelstangen 3 und die Kolben 4 gedreht wird.
Durch die Schrägstellung des Triebflansches 2 gegenüber der Achse der Zylindertrornmel
1 führen die Kolben 4 in den Zylinderräumen 5 Saug- und Förderbewegungen aus. Zur
Steuerung des Druckmittelflusses ist die Steuerfläche 6 vorhanden, gegen die die
Zylindertrommel-Stirnfläche 7, unter Belassung eines dünnen Schmierfilmspaltes,
in Anlage gehalten sein muß. In dem die Steuerfläche 6 tragenden Teil 6' befinden
sich die üblichen nierenförmigen Öffnungen der Steuerfläche 6 mit den daran anschließenden
Kanälen 10 und 11, die je nach der Drehrichtung oder der Winkelstellung des Triebflansches
2 gegenüber der Zylindertrommelachse den Hoch- oder Niederdruckteil der Axialkolbenpumpe
bilden.
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Vielfach wird die Arbeitsflüssigkeit der Axialkolbenpumpe mit einem
Speisedruck zugeleitet, so daß nicht nur der Hochdruck-, sondern auch der Niederdruckteil
unter Druck steht, wobei die gegebene Druckdifferenz eine veränderliche Größe haben
kann.
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Der im Spalt zwischen der Steuerfläche 6 und der Zvlindertrommel-Stirnfläche
7 und in den nierenförmigen Öffnungen der Steuerfläche 6 herrschende Flüssigkeitsdruck
hat das Bestreben, die Zylindertrommel 1 von der Steuerfläche 6 abzudrängen. Um
dies zu verhindern, ist an dem die Steuerfläche 6 tragenden Teil 6' ein Zapfen 8
angeordnet, der eine Zentralbohrung der Zylindertrommel 1 durchsetzt. Die Zentralbohrung
ist zur Bildung der Druckräume 9 und 9' erweitert, die über die Flüssigkeitswege
12 und 13 mit den Kanälen 10 bzw. 11 in Flüssigkeitsverbindung stehen. Der damit
gegebene Flüssigkeitsdruck in den Druckräumen 9 und 9' wirkt auf die größengleichen
Schulterflächen 19 und 19' der Zylindertrommel 1 und hält hierdurch im Verein mit
dem in gleicher Richtung wirkenden Flüssigkeitdruck in den Zylinderräumen 5 und
ihren Verbindungskanälen zur Zylindertrommel-Stirnfläche 7 letztere gegen die Wirkung
des Flüssigkeitsdruckes im Spalt zwischen der Zylindertrommel-Stirnfläche 7 und
der Steuerfläche 6 sowie in den nierenförmigen Öffnungen in Anlage an der Steuerfläche
6. Durch zweckentsprechende Bemessung der einzelnen druckbeaufschlagten Flächen
können die vom Flüssigkeitsdruck herrührenden, einander entgegengerichteten resultierenden
Kräfte so gelegt werden, daß sie zusammenfallen, so daß kein Kippmoment auf die
Zylindertrommel 1 ausgeübt wird.
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Die Druckräume 9 und 9' sind auf den den Schultern 19 und 19' der
Zentralbohrung der Zylindertrommel 1 gegenüberliegenden Seiten von den größengleichen
Druckflächen 14 und 14' begrenzt, welche sich an einer den Zapfen 8 undrehbar umgebenden
Büchse 15 (Abb. 1) oder unmittelbar am Zapfen 8 (Abb. 2) befinden. Die Büchse 15
und der Zapfen 8 sind durch axiale V erschieblichkeit der Büchse gegenüber dem Zapfen
8 (Abb. 1) bzw. des Zapfens gegenüber dem Teil 6', in dem der Zapfen 8 gegen Drehung
gesichert ist, zugleich gegenüber der Zylindertrommel 1 axial verschieblich. Ihre
durch den Flüssigkeitsdruck in den Druckräumen 9 und 9' bewirkte Verschiebung wird
durch eine als Tellerfeder ausgebildete Druckfeder 17 begrenzt, die an einem Widerlager
18 des Zapfens 8 abgestützt ist.
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Bei Druckzustand in den Druckräumen 9 und 9' befinden sich die Büchse
15 (Abb. 1) oder der Zapfen 8 (Abb.2) in der dargestellten Lage, in der eine an
ihnen vorhandene Schulter 16 von der Zylindertrommel 1 abgehoben ist und der Flüssigkeitsdruck
an den Schulterflächen 14 und 14' der Spannung der Druckfeder 17 das Gleichgewicht
hält. Wenn nunmehr der Druck in den Druckräumen 9 und 9' abfällt, wie dies beim
Leerlauf der Pumpe oder bei deren Stillstand oder Anlauf der Fall ist, so überwiegt
die Kraft der Feder 17. Sie drückt nunmehr über die Schultern 16 der Büchse 15 (Abb.
1) oder des Zapfens 8 (Abb. 2), die sich hierbei gegenüber der Zylindertrommel axial
nach rechts verschieben, die Zylindertrommel 1 mit der Stirnfläche 7 gegen die Steuerfläche
6, so daß auch bei drucklosem oder druckarmem Zustand der Druckräume 9, 9' die Anlage
der Zylindertrommel-Stirnfläche 7 an der Steuerfläche 6 gegeben ist.
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Die Ausführungsbeispiele lassen erkennen, daß durch Anordnung der
beiden Druckräume 9 und 9' die hydraulische Abstützung der Zylindertrommel 1 gegenüber
den Flüssigkeitsdruckkräften im Spalt zwischen der Zylindertrommel-Stirnfläche 7
und der Steuerfläche 6 mit den nierenförmigen Öffnungen beim Druckzustand in den
Druckräumen 9 und 9' stets gegeben ist, unabhängig davon, ob der Kanal 10 oder 11
den höheren Druck führt. Die hydraulische Abstützung der Zylindertrommel 1 ist ferner
im ausreichenden Maße auch bei wechselnder Größe der Druckdifferenz gegeben, die
zwischen dem Hoch- und dem Niederdruckteil der Axialkolbenpumpe besteht.
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Es versteht sich, daß die beschriebene Ausgestaltung in gleicher Weise
bei Axialkolbenmotoren Anwendung finden kann.