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Steuerspiegelscheibenlagerung bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen
mit umlaufender Zylindertrommel und zur Trommelachse geneigter Triebscheibenachse
Die Erfindung betrifft die Steuerspiegelscheibenlagerung einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine.
d. h. also einer Axialkolbenpumpe oder eines Axialkolbenmotors, mit umlaufender
Zylindertrommel und zur Trommelachse geneigter Triebscheibenachse, bei welcher die
Steuerspiegelscheibe in einer stirnseitigen Aussparung des Maschinengehäuses axial
frei beweglich gelagert ist und federnd gegen die Stirnseite der Zylindertrommel
gedrückt wird.
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Um die erforderliche Abdichtung zwischen der Stirnseite der Zylindertrommel
und der ihr zugewandten Seite der Steuerspiegelscheibe zu gewährleisten, wird die
Zylindertrommel bei bekannten Maschinen durch den Druck der Arbeitsflüssigkeit in-
vielen Fällen auch noch zusätzlich durch eine Feder gegen die Steuerspiegelscheibe
gedrückt. Bei der Herstellung dieser Axialkolbenmaschinen tritt aber die Schwierigkeit
auf, daß es infolge der unvermeidlichen Herstellungstoleranzen kaum möglich ist,
den konstruktiv festgelegten Schnittpunkt der Mittellinien der An- bzw. Abtriebswelle
und der Zylindertrommel mit ausreichender Genauigkeit praktisch zu verwirklichen.
Wenn sich die beiden Mittellinien nicht im theoretisch festgelegten Schnittpunkt
schneiden oder in der Nähe dieses Punktes unter einem gewissen gegenseitigen Abstand
verlaufen, so treten im Betrieb der Maschine Verkantungskräfte auf, die bestrebt
sind, die Zylindertrommel einseitig von der Steuerspiegelscheibe abzuheben, was
naturgemäß mit unerwünschten Leckverlusten und damit einer Einbuße an Wirkungsgrad
verbunden ist. Es kann auch der Zustand eintreten, daß die Zylindertrommel während
einer Umdrehung unter dem Einfluß dieses konstruktiv bedingten Ungleichförmigkeitsgrades
der Kolbenkräfte periodisch mit übermäßiger Kraft an die Steuerspiegelscheibe angepreßt
und dann wieder von der Steuerspiegelscheibe abgehoben wird, wobei gewisse elastische
Verformungen eintreten und ein übermäßiger Verschleiß zu befürchten ist. Bei diesen
Vorgängen treten unter Umständen erhebliche Geräusche auf, die bei vielen Anwendungsfällen
derartiger Maschinen nicht in Kauf genommen werden können oder zumindest sehr störend
sind.
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Es sind einige konstruktive Maßnahmen bekannt, durch die Schnittpunktfehler
der geschilderten Art durch eine zusätzliche Lagerung der Zylindertrommel in der
Mitte der Triebscheibe und/oder durch eine in geringen Grenzen pendelnde Lagerung
des gesamten Steuerbodens vermieden werden sollen. All diese Konstruktionen sind
sehr aufwendig und benötigen zusätzliche Lagerflächen, die ihrerseits wieder ,geschmiert
werden müssen. Der Aufbau der Maschinen wird hierdurch wesentlich komplizierter.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die praktischen Auswirkgngen
von durch die Herstellung bedingten Abweichungen des Mittellinienschnittpunktes
vom theoretischen Schnittpunkt durch einfache, unkomplizierte und betriebssichere
Maßnahmen auszuschalten.
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Erfindungsgemäß dient zur Lösung dieser Aufgabe ein zwischen dem Boden
der Aussparung und der Steuerspiegelscheibe dicht eingesetzter Ring aus elastischem
Werkstoff, z. B: Gummi oder Kunststoff, mit mindestens zwei reit den nierenförmigen
Aussparungen fluchtenden Durchtrittskanälen.
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Durch den in den Durchtrittskanälen des elastischen Ringes herrschenden
Druck, den man als hydraulischen Leibungsdruck bezeichnen kann, ist der Ring bestrebt,
sich axial auszudehnen. Hierdurch ist die Steuerspiegelscheibe in der Lage, sich
den periodischen Verkantungen der Kolbentrommel infolge von Schnittpunktsfehlern
in jeder beliebigen Richtung anzupassen; die Steuerscheibe wird infolgedessen immer
dichtend, aber nie mit zu großem Anpreßdruck, gegen die Stirnseite der Kolbentrommel
gedrückt. Der konstruktive und bauliche Aufwand dieser Maßnahme ist minimal.
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Die axiale Anpreßkraft der Steuerspiegelscheibe gegen die Stirnseite
der Zylindertrommel kann erfindungsgemäß durch etwa radial verlaufende Kanäle zwischen
den Durchtrittskanälen des Ringes einerseits und seiner Außenmantelfläche und/oder
Innenmantelfiäche andererseits vergrößert werden. In
diesem Falle
kommt auch noch der hydraulische Leibungsdruck in diesen radial verlaufenden Kanälen
im Sinne einer axialen Dehnung des elastischen Ringes zur Wirkung. Weiter ist es
möglich, diese Kanäle in Aussparungen ausmünden zu lassen, die in der Außen- undoder
Innenmantelfläche des Ringes vorgesehen sind. Dadurch kommt der hydraulische Druck
an weiteren Flächen des elastischen Ringes zur Auswirkung, wodurch dessen Bestreben,
sich axial zu dehnen und damit die Anpreßkraft der Steuerspiegelscheibe gegen die
Stirnseite der Zylindertrommel vergrößert wird.
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Die Erfindung hat weiter noch den Vorteil, daß die Anpressung der
Steuerspiegelscheibe an die Zylindertrommel auf der Niederdruckseite der letzteren
gering und auf der Hochdruckseite groß ist. Dies entspricht genau den Anforderungen
an eine sichere Abdichtung bei möglichst geringem Verschleiß der Dichtflächen. Die
Steuerspiegelscheibe wird an jeder Stelle nur so stark gegen die Zylindertrommel
angedrückt, wie es zur Erzielung einer ausreichenden Dichtung erforderlich ist.
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Der elastische Ring muß mit der Steuerspiegelscheibe seinerseits und
dem die Steuerspiegelscheibe und den Ring selbst aufnehmenden Gehäuseteil andererseits
dicht verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch Verkleben dieser Teile oder
durch Vulkanisieren erfolgen. Es ist jedoch auch möglich, eine lösbare Verbindung
vorzusehen, um ein Austauschen des Ringes zu erleichtern. Zu diesem Zweck können
erfindungsgemäß sämtliche Ränder des Ringes, einschließlich der Ränder seiner Durchtrittskanäle,
als durch den Flüssigkeitsdruck gegen die jeweils benachbarte Wandfläche angepreßte
Dichtlippen ausgebildet werden.
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Außerdem ist es zweckmäßig, in der die Steuerspiegelscheibe aufnehmenden
Aussparung des Gehäuseteils einen Absatz als rückwärtigen Anschlag für die Steuerspiegelscheibe
vorzusehen, um die elastische Nachgiebigkeit auf das für die Wirksamkeit dieser
Maßnahme erforderliche nur geringe Maß zu begrenzen.
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Falls bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in bekannter Weise
die Zylindertrommel gegenüber dem Gehäuseteil durch einen Mittelzapfen zentriert
ist, muß dafür gesorgt werden, daß dieser Mittelzapfen die durch die an der Zylindertrommel
wirkenden Verkantungskräfte hervorgerufenen Kippbewegungen der Zylindertrommel gegenüber
dem Gehäuseteil ohne elastische Verformungen metallischer Bauteile und ohne Geräuschentwicklung
zuläßt. Dies kann dadurch bewirkt werden, daß der Mittelzapfen in dem Gehäuseteil
allseitig begrenzt schwenkbar gelagert wird, was beispielsweise durch die Verwendung
eines Kalottenlagers für den Mittelzapfen möglich ist. Es kann jedoch die gleiche
Wirkung in wesentlich einfacherer Weise dadurch erzielt werden, daß zwischen den
Mittelzapfen und das Gehäuseteil eine dünne, elastische Schicht eingeschaltet wird.
Diese Schicht reicht völlig aus, um die auftretenden, nur geringen Relativbewegungen
zwischen Mittelzapfen und Gehäuseteil zu ermöglichen. Eine weitere Ausführungsmöglichkeit
sieht dagegen vor, daß die Zylindertrommel gegenüber dem Gehäuseteil durch einen
Mittelzapfen zentriert wird, der nur zwischen der Zylindertrommel und der Steuerspiegelscheibe
verläuft und in einem dieser Teile befestigt und im anderen drehbar geführt ist;
um ein seitliches Ausweichen der Steuerspiegelscheibe gegenüber dem Gehäuseteil
zu verhindern, ist diese in dem sie aufnehmenden Gehäuseteil gegen radiale Verschiebung
gesichert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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A b b. 1 zeigt eine erste Ausführungsform im Axialschnitt, wobei nur
der der Steuerspiegelscheibe zugekehrte Teil der Zylindertrommel dargestellt ist.
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A b b. 2 zeigt in gleicher Darstellung wie A b b. 1 eine zweite Ausführungsform
der Erfindung.
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In beiden Abbildungen sind die Zylindertrommeln mit 1, die Kolben
mit 2, die Stirnfläche der Zylindertrommel 1 und 3, die Steuerspiegelscheibe mit
4, der elastische Anpreßring für die Steuerspiegelscheibe mit 5 und das die Steuerspiegelscheibe
4 und den Ring 5 aufnehmende Gehäuseteil mit 6 bezeichnet. Das Gehäuseteil 6 hat
eine Aussparung 7, zwischen deren Boden 8 einerseits und der Steuerspiegelscheibe
4 andererseits sich der Ring 5 befindet. Die Flüssigkeitszu- und -ableitung zu bzw.
aus den die Kolben 2 aufnehmenden Zylindern erfolgt über Durchbrüche 9 der Zylindertrommel,
nierenförmige Aussparungen 10 in der Steuerspiegelscheibe 4 und zweckmäßig ebenfalls
nierenförmige Durchtrittskanäle 11 im elastischen Ring 5, die zu dem Zu- bzw. Abfluß
12 für die Arbeitsflüssigkeit führen. Die Aussparung 7 hat einen Absatz 13, der
als rückwärtiger Anschlag für die Steuerspiegelscheibe 4 dient.
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Die Zentrierung der Zylindertrommel 1 gegenüber dem Gehäuseteil 6
erfolgt bei dem in A b b. 1 dargestellten Beispiel durch einen Mittelzapfen 14,
dessen äußeres Ende nur bis in die Steuerspiegelscheibe 4 hineinragt. Der Mittelzapfen
14 ist in einem der beiden Teile befestigt und im anderen drehbar geführt. Er unterstützt
die Aufrechterhaltung der allseitigen Berührung zwischen der Steuerspiegelscheibe
4 und der Stirnseite 3 der Zylindertrommel 1. Eine radiale Verschiebung der Steuerspiegelscheibe
4 gegenüber dem Gehäuseteil 6 wird dadurch vermieden, daß die Steuerspiegelscheibe
in der dargestellten Weise durch entsprechende Durchmesserbemessung des Absatzes
13 gegen radiale Verschiebung gesichert ist.
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Gemäß A b b. 2 sind zwischen den Durchtrittskanälen 11 des Ringes
5 einerseits und der Außenmantelfläche und der Innenmantelfläche des Ringes 5 andererseits
radiale Kanäle 15 bzw. 16 vorgesehen, die in Aussparungen 17 bzw. 18 in diesen Mantelflächen
ausmünden. Hierdurch wird die axiale Dehnung des Ringes 5 durch den Flüssigkeitsdruck
verstärkt. - Die Zylindertrommel 1 ist bei dieser Ausführungsform gegenüber dem
Gehäuseteil 6 durch einen Mittelzapfen 19 zentriert, der im Gehäuseteil 6 befestigt
ist, während die Zylindertrommel 1 auf ihm drehbar gelagert ist. Um eine gewisse,
begrenzte Schwenkmöglichkeit des Mittelzapfens 19 zu gewährleisten, ist zwischen
diesem und das Gehäuseteil 6 eine dünne, elastische Schicht 20, beispielsweise aus
Gummi, eingeschaltet.
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Bei der Ausführungsform gemäß A b b. 2 ist der elastische Ring 5 mit
dem Gehäuseteil 6 und der Steuerspiegelscheibe 4 nicht fest verbunden; zur Erzielung
einer Abdichtung gegenüber diesen Teilen sind vielmehr sämtliche Ränder, einschließlich
derjenigen seiner Durchtrittskanäle 11, als durch den Flüssigkeitsdruck gegen die
jeweils benachbarte Wandfläche angepreßte Dichtlippen ausgebildet.