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Steuerung der Zu- und Ableitung von Betriebsflüssigkeit eines hydrostatischen
Axialkolbengetriebes Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung der Zu- und Ableitung
von Betriebsflüssigkeit für die Zylinder eines hydrostatischen Axialkolbengetriebes,
bei der der Zutritt bzw. der Austritt des Arbeitsmittels am verschwenkbaren Zylinderblock
radial von innen nach außen und umgekehrt durch axial hintereinander, unmittelbar
benachbart liegende, in einteiligen Drehschiebern angeordnete Ein- und Auslaßschlitze
erfolgt, die durch koaxial zur Zylinderblockachse verlaufende Hohlräume mit den
Hoch- bzw. Niederdruckteilen des Getriebes verbunden sind. Die Erfindung bezweckt,
beim Übergang der Betriebsflüssigkeit zwischen den einer gegenseitigen Hochdruckbelastung
und Verschiebung, z. B. Verdrehung, ausgesetzten Oberflächen, die sich in derartigen
Getrieben gegenüberstehen, eine Verringerung der Gleitgeschwindigkeit gegeneinander
abzudichtenden Oberflächen sowie Verringerung der Dichtungslänge zu erzielen und
eine Vereinfachung in der Steuerung des Arbeitsmittels zu erreichen. Hierbei wird
außerdem eine Verminderung von Flüssigkeitsverlusten angestrebt, um eine Erhöhung
des Wirkungsgrades des Getriebes zu erhalten.
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In der zu hydrostatischen Getrieben gehörigen Axialkolbeneinheit ist
einer drehbaren Hauptantriebswelle ein Schwenkgehäuse mit einem umlaufenden Zylinderblock
nachgeschaltet. In dem Zylinderblock befinden sich mehrere Kolben, die an der Hauptwelle
angelenkt sind und bei ausgeschwenktem Gehäuse und Drehung der Hauptantriebswelle
hin- und hergehende Kolbenbewegungen ausführen, durch die die Betriebsflüssigkeit
in Umlauf versetzt wird. Zwischen den Oberflächen des sich drehenden Zylinderblockes
und der anschließenden Steuerspiegelfläche entstehen sehr große Druckbelastungen.
Diese gegenüberliegenden Flächen sind mit Durchbrechungen versehen und dienen der
jeweiligen Stellung entsprechend der Zu- bzw. der Ableitung der Betriebsflüssigkeit.
Bei einer der bisher ausgeführten Axialkolbeneinheiten wurde dabei die Betriebsflüssigkeit
durch die feststehende Steuerspiegelfläche des Gehäuses in axialer Richtung hindurch
auf den Zylinderblock und den jeweiligen Zylindern durch Öffnungen ebenfalls in
axialer Richtung am Ende derselben zugeführt.
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Diese gegenüberliegenden Stellen, die einer sehr starkenDruckbelastung
ausgesetzt sind, müssen einerseits über die gesamte Reibungsfläche hinweg entsprechend
ihrer hohen Belastung - zweckmäßig natürlich mit der durchlaufenden Betriebsflüssigkeit
-gut geschmiert werden, andererseits müssen an den gleichen Flächen die Öffnungen
für die Zu- und Ableitung der Betriebsflüssigkeit gegenüber der Umgebung so gut
abgedichtet werden, daß möglichst wenig Flüssigkeit verlorengeht, aber andererseits
so viel Flüssigkeit austritt, daß eine gute Schmierung der aufeinanderreibenden
Flächen gewährleistet ist. Da es natürlich notwendig ist, die Schmierung auf die
ungünstigsten Reibungsverhältnisse, nämlich beim Anfahren des Getriebes oder bei
geringer Drehzahl abzustimmen, müssen die gegenüberliegenden Reibflächen so ausgebildet
sein, daß die genügende Schmierung in jedem Falle gewährleistet ist. Hierdurch ist
aber andererseits bei höheren Umdrehungszahlen mit einem Übermaß an Schmieröl zu
rechnen, was als besonders hoher und unerwünschter Verlust an Lecköl in Erscheinung
tritt. Auch die Einrichtung zusätzlicher Schmierölleitungen vermochte diesem Nachteil
in nicht genügendem Maße zu begegnen. Hinzu kommt noch, daß bei Axialkolbeneinheiten
mit axialer Zuführung der Betriebsflüssigkeit sich bei längerem Betrieb des Aggregates,
insbesondere bei hohen Drehzahlen, Wärmedehnungen des Zylinderblockes infolge der
auftretenden Reibungswärme bemerkbar machen. Der axiale Ausgleich und damit die
Einhaltung des Abstandes der Dichtflächen voneinander ließen sich dabei ebenfalls
sehr schlecht beherrschen, zumal die Dichtspalten auf einem Kreis mit verhältnismäßig
großem Durchmesser abgedichtet werden müssen.
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Bei .einer anderen bekannten Ausführungsform eines hydrostatischen
Axialkolbengetriebes erfolgt die Steuerung der Zu- und Ableitung des Arbeitsmittels
für die Zylinder des Flüssigkeitsgetriebes mit Hilfe zweier koaxial angeordneter
Drehschieber, wobei die unmittelbar benachbart gelegenen Eintritts- und Austrittsschlitze
in je einer zur Zylinderlängsachse senkrecht stehenden Ebene angeordnet sind. Insbesondere
gegenüber
dieser bekannten Ausführungsform eines hydrostatischen Getriebes wird eine Vereinfachung
in der Steuerung des Arbeitsmittels angestrebt.
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Die Erfindung besteht darin, daß die die Hohlräume umschließenden
Wandungen durch die mit dem Zylinderblock nicht umlaufenden, während des Betriebes
in gewissen Grenzen unabhängig voneinander verschwenkbaren Drehschiebern gebildet
werden und die Eintrittsschlitze und die Austrittsschlitze in an sich bekannter
Weise in senkrechten Querebenen zur Zylinderachse in unmittelbarer Nähe des Zylinderbodens
angeordnet sind. Die die Verbindung mit dem Hochdruck- bzw. Niederdruckteil herstellenden
Hohlräume können hierbei in an sich bekannter Weise durch besondere Ausgestaltung
der- beiden koaxial zueinander und zur Zylinderachse angeordneten Drehschieber gebildet
werden.
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Die Lagerung der Drehschieber kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
in der Weise erfolgen, daß sie einerseits innerhalb des Gehäuses, gegebenenfalls
in den Wandungen der Flüssigkeitszuleitungen, und andererseits im Zylinderblock
bzw. auf dem innerhalb des Zylinderblockes abgesetzten Wellenende der innerhalb
des Zylinderblockes angeordneten Welle gelagert sind. Bei zwei unabhängig voneinander
verdrehbaren Drehschiebern kann die Lagerung des den äußeren Hohlraum bildenden
Drehschiebers auf der anderen Seite innerhalb des Zylinderblockes auf einem Absatz
des anderen vorzugsweise weiter in den Zylinderblock hineinragenden Drehschiebers
erfolgen.
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Die Abdichtung der radial zu den einzelnen Zylindern führenden Hochdruck-
bzw. Niederdruckleitungen gegeneinander und nach außen kann bei der geschilderten
erfindungsgemäßen Ausführung der Axialkolbeneinheit sehr einfach und zweckmäßig
durch kreisringförmige Dichtungen, gegebenenfalls einfache Gummiringe, erfolgen.
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Einzelheiten und weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes
sind der nachstehendenBeschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Vergleich
zu einer Axialkolbeneinheit früherer Ausführung und an Hand von vier Abbildungen
veranschaulicht wird, zu entnehmen.
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Fig. 1 zeigt eine mit Steuerspiegelkörper versehene Axialkolbeneinheit
früherer Ausführung in einem Längsschnitt entlang der Schwenkachse des schwenkbaren
Gehäuses; Fig.2 zeigt einen gleich angelegten Schnitt durch eine Axialkolbeneinheit
der erfindungsgemäßen Ausführung; Fig. 3 ist ein Schnitt nach der Linie III-III,
und Fig. 4 ist ein Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 2.
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Eine Axialkolbeneinheit besteht, wie in Fig. 1 dargestellt, im wesentlichen
aus einer Hauptwelle 1, die an ihrem einen Ende in einen Triebflansch 2 übergeht
und unmittelbar vor dem Triebflansch in einem feststehenden Gehäuse 3 mittels eines
Rollenlagers 4 verdrehbar gelagert ist. An den Triebflansch schließt ein um eine
in der Ebene desselben liegende Querachse 5 schwenkbarer Zylinderblock 6 an, dessen
Längsachse 7 in seiner dargestellten Mittelstellung koaxial zur Achse 7' der Hauptwelle
1 liegt und der konzentrisch zu seiner Längsachse 7 mit nach dem Triebflansch 2
hin ausmündenden Zylinderbohrungen 8 versehen ist, in denen je ein mit seiner Kolbenstange
9 am Triebflansch 2 angelenkter Kolben 10 geführt ist. In Fig. 1 ist von den Zylinderbohrungen
nur eine sichtbar und nur die aus dieser herausragende Kolbenstange 9 dargestellt.
Nach_.dieger.früheren Ausführung ist der Zylinderblock 6 von einem am feststehenden
Gehäuse 3 um die genannte Querachse 5 vorzugsweise beiderseits der Hauptwellenachsrichtung
ausschwenkbar gelagerten weiteren Gehäuse 11 umgeben, in welchem eine zugleich zur
Lagerung des Zylinderblockes 6 dienende Welle 12 derart gelagert ist, daß sich die
Längsachse 7 des Zylinderblockes 6 bei nicht ausgeschwenktem Gehäuse 11 koaxial
zur Achse 7' der Hauptwelle 1 befindet. Dabei ist die Welle 12 nicht direkt am Gehäuse
11, sondern an einem Einsatzkörper 13 gehalten, der seinerseits die Stirnwand 14
des Gehäuses 11 nach außen durchsetzt und an dieser mittels einer Mutter 15 festgespannt
ist. Dieser Einsatzkörper 13 trägt an seiner dem Zylinderblock 6 zugewandten Stirnseite
einen Steuerspiegelkörper 16, der z. B. angeschraubt sein kann.
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Der Steuerspiegelkörper 16, der gegenüber dem während des Betriebes
der Axialkolbeneinheit sich drehenden Zylinderblock 6 im Gehäuse 11 feststehend
gehalten ist, wirkt mit Ölanschlußbohrungen 17 des Zylinders 6 zusammen, von denen
je eine zu einer Zylinderbohrung 8 führt. Dabei werden die Ölanschlußbohrungen 17
von zwei als Vertiefungen, z. B. Ausfräsungen, in der Steuerspiegelfläche 20 ausgebildete
Steuernuten des Steuerspiegelkörpers 16 gespeist, die an der Steuerspiegelfläche
20 des Steuerspiegelkörpers 16 auf einem gemeinsamen Kreisbogen gegenüber einer
Längsmittelebene des Steuerspiegelkörpers symmetrisch angeordnet sind und je einen
Ringabschnitt eines Kreisbogens bilden. Während des Betriebes der Axialkolbeneinheit
werden die Ölanschlußbohrungen 17 intermittierend über die Steuernuten und darauffolgende
Anschlußbohrungen mit je einer Anschlußstelle 24 bzw. 25 der Axialkolbeneinheit
und damit in nicht besonders dargestellter Weise z. B. an den Ölkreislauf eines
die Axialkolbeneinheit enthaltenden hydrostatischen Getriebes angeschlossen.
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Vergegenwärtigt man sich die rotierende Gleitbewegung der Stirnfläche
des Zylinderblockes 6 auf der Steuerspiegelfläche 20 des Steuerspiegelkörpers 16,
so ist erkennbar, daß während der Drehung Öl aus den im Steuerspiegelkörper 16 verlaufenden
Ölnuten durch die Olanschlußbohrungen zu den Zylinderräumen zu- bzw. aus ihnen wieder
abgeleitet wird. Die Berührungsflächen der Stirnfläche des Zylinderblokkes 6 mit
der Steuerspiegelfläche 20 werden mit austretendem Öl aus den ölanschlußbohrungen
und den Steuernuten geschmiert. Die Konstruktion der Steuernuten und der Ölanschlußbohrungen
muß so ausgeführt sein, daß auch beim Anfahren oder bei niedriger Drehzahl eine
genügende Schmierung der mit hohem Druck aneinandergepreßten Flächen erfolgt, was
natürlich ein Übermaß an Schmiermitteln bei höheren Drehzahlen und damit einen unerwünschten
Leckölverlust zur Folge hat.
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Die in Fig. 2 bis 4 dargestellten Teile stellen einen Ausschnitt aus
einer mit den erfindungsgemäßen Merkmalen versehenen Axialkolbeneinheit dar. Das
schwenkbare Gehäuse ist hier lediglich durch einen Wandteil 11 dargestellt. An ihm
stützt sich mit Hilfe eines Axialdruckkugellagers 18 der zusammen mit dem Gehäuse
ebenfalls schwenkbare Zylinderblock 19 ab. In dem Zylinderblock gleiten die Kolben
21 und 22, die in gleicher Weise wie in dem vorher geschilderten Beispiel mit Hilfe
von Kolbenstangen mit dem Triebflansch der Hauptantriebswelle in Verbindung stehen,
durch die auch der Zylinderblock 19 in Umdreheng versetzt wird. In den Zylinderblock
ragt eine Welle 23 ein, die in ähnlicher Weise wie die Welle 7
des
früheren Ausführungsbeispiels auch über Gelenke mit der Hauptwelle verbunden ist.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist mit zwei Drehschiebern 26 und 27 ausgerüstet.
Die Drehschieber selbst sind hohl ausgeführt und konzentrisch ineinandergesteckt,
so daß der durch den äußeren Drehschieber gebildete Hohlraum 28 einen ringförmigen
Querschnitt aufweist, dessen Mitte durch den zweiten Drehschieber mit dem Hohlraum
29 ausgefüllt wird. Die Öffnungen 28' und 29' der Drehschieber stehen jeweils mit
Hohlräumen 30, 31 in Verbindung, die sich im Gehäuse 11 befinden und an die die
Hochdruck- und die Niederdruckleitung des Getriebes angeschlossen sind. Die Hochdruck-
und Niederdruckräume 30, 31 sind durch die Wandungen 32, 33 und 34 voneinander und
vom übrigen Gehäuseteil getrennt. In diesen Wandungen befinden sich die Lagerstellen
35, 36 und 37 für die Drehschieber. Auf der anderen Seite sind die Drehschieber
einmal innerhalb des Zylinderblocks und auf einem Absatz 38 der Welle 23 gelagert.
Im Ausführungsbeispiel mit geteilten Drehschiebern findet der zweite Drehschieber
27 außerdem eine Lagerstelle 39 in einem Absatz des anderen Drehschiebers 26. Die
Drehschieber 26, 27 selbst sind mit Schlitzen 40, 41 versehen, durch die die Öffnungen42a
bis 42g bzw. 43 a bis 43 g in der Innenwand des Zylinderblockes 19 jeweils beim
Übereinandertreffen mit den Schieberschlitzen freigegeben werden, so daß die Detriebsflüssigkeit
den einzelnen Zylinderräumen zufließen bzw. aus ihnen wieder abfließen kann. Der
in Fig. 3 dargestellte Querschnitt zeigt, wie aus dem Umlauf durch den Hohlraum
29 die zurückströmende Betriebsflüssigkeit durch die besondere Stellung des Schiebers
26 über die Schlitze 42a bis 42c drei Zylinderbohrungen zugeführt wird. Demgegenüber
zeigt der Querschnitt in Fig. 4 dieArbeitsweise des Drehschiebers 27. Durch seine
besondere Stellung wird mit Hilfe des in ihm angebrachten Schlitzes 41 aus drei
Hochdruckzylindern über die Leitungen 43 e, 43 f und 43 g die Betriebsflüssigkeit
zur Ableitung dem Hohlraum 28 zugeleitet.
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Um einen ruhigen Lauf des Getriebes zu erzielen, können die Drehschieber
und damit die durch die Schlitze 40, 41 gebildeten Steuerkanten gegeneinander verdreht
werden. Auf diese Weise kann während des Betriebes die ruhigsteLaufstellung eingestellt
werden. Die Verstellung der Drehschieber geschieht mit Hilfe der auf ihnen fest
angeordneten Zahnräder 44, 45, gegebenenfalls mittels eines Planetentriebes. Die
Verringerung der Leckölverluste wird insbesondere dadurch erreicht, daß die radiale
Dichtfläche gegenüber der axialen Dichtfläche wesentlich kleiner ist. Durch die
Verkleinerung der Dichtfläche vermindert sich der Verlust an Lecköl etwa proportional
im Verhältnis des Durchmessers der Kolbentrommel zum Durchmesser der radialen Dichtung.
Die Abdichtung selbst wird bei dem radialen Übertritt des Antriebsöles in einfacher
Weise durch ringförmige Abdichtungen 46 übernommen, die sowohl Hochdruckteil vom
Niederdruckteil als auch beide gegenüber der Außenatmosphäre abdichten. Die nur
schematisch angedeutete Lagerung des Zylinderblockes, die im wesentlichen der Aufnahme
axialer Kräfte dient, kann selbstverständlich noch durch weitere den Zylinderblock
am Gehäuse abstützende Lager vervollständigt werden.
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Die Wirkungsweise der Axialkolbeneinheit ist folgende: Bei eingeschwenktem
Kolbengehäuse und Umdrehung der Hauptwelle und damit gleichzeitiger Umdrehung des
Zylinderblockes werden die einzelnen Zylinder wechselseitig vom unteren zum oberenTotpunkt
und umgekehrt geführt. In Fig. 2 ist die Drehung des Zylinderblockes und der Welle
so, daß der Kolben 22 eine Bewegung in Pfeilrichtung gegen das Gehäuse 11 ausführt,
während der Kolben 21 in der entgegengesetzten Richtung verschoben wird. Beim Kolben
22 befindet sich der Hochdruckteil des Getriebes. Das Antriebsöl wird, da die Öffnung
42d durch den Schieber 26 verschlossen ist, durch die Öffnung 43d und den dieser
gegenüberliegenden Schieberschlitz 41 in das Innere des Drehschiebers 27 gefördert.
Ton dort strömt die Flüssigkeit durch den Hohlraum 28 und die Öffnung 28' in den
Hochdruckraum 30 im Gehäuse, von wo die Flüssigkeit über die Hochdruckleitung weitergeleitet
wird. Im Niederdrucktei131 fließt die Betriebsflüssigkeit wieder zurück, gelangt
durch die Öffnung 29' in den Innenraum 29 des Drehschiebers 26 und von dort durch
den Schlitz 40 desselben über die radiale Öffnung 42a in das Innere des Zylinderraums
über dem Kolben 21. Bei Drehung des Zylindergehäuses wird der Raum über dem Kolben
21, der in der gezeichneten Stellung Niederdruckraum ist, wenn er mit seiner Öffnung
43a in den Bereich des Schlitzes 41 des Drehschiebers 27 kommt, zum Hochdruckraum.
Umgekehrt wird der Raum über dem Kolben 22 zum N iederdruckraum, wenn er auf die
andere Seite gelangt.