DE1175551B

DE1175551B - Device for hydraulically pressing the cylinder block of an axial piston machine against the flat control plate of the machine housing

Info

Publication number: DE1175551B
Application number: DED31222A
Authority: DE
Inventors: Oswald Thoma
Original assignee: Unipat AG; Dowty Hydraulic Units Ltd
Current assignee: Unipat AG; Dowty Hydraulic Units Ltd
Priority date: 1958-08-01
Filing date: 1959-08-01
Publication date: 1964-08-06

Description

Einrichtung zum hydraulischen Andrücken des Zylinderblocks einer Axialkolbenmaschine an den ebenen Steuerspiegel des Maschinengehäuses Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum hydraulischen Andrücken des auf einem feststehenden Tragzapfen umlaufenden Zylinderblocks einer Axialkolbenmaschine an den ebenen Steuerspiegel des Maschinengehäuses mit einem druckflüssigkeitsbeaufschlagten Längsdruckraum zwischen dem Zylinderblock und dem Tragzapfen.Device for hydraulically pressing the cylinder block of an axial piston machine to the plane control mirror of the machine housing The invention relates to a device for the hydraulic pressing of the on a fixed trunnion rotating cylinder block of an axial piston machine to the flat control plate of the machine housing with a longitudinal pressure chamber charged with hydraulic fluid between the cylinder block and the trunnion.

Bei derartigen Axialkolbenmaschinen bildet es ein besonderes Problem, den Zylinderblock stets in planer Anlage am Steuerspiegel zu halten, da der Tragzapfen auf Grund der auf ihn wirkenden Querkräfte, die sich aus der schrägen Druckrichtung der Pleuelstangen ergeben, zum Durchbiegen neigt, zumal der Durchmesser dieses Zapfens möglichst klein gehalten wird, um eine große druckbeaufschlagte Fläche zu erhalten. Bei einer Durchbiegung des Tragzapfens stellt sich jedoch der auf ihm gelagerte Zylinderblock schräg zum Steuerspiegel, wodurch erhebliche Leckverluste auftreten.In such axial piston machines, it is a particular problem Always keep the cylinder block in plane contact with the control mirror, as the support pin due to the transverse forces acting on it, which result from the oblique pressure direction the connecting rods result, tends to sag, especially since the diameter of this pin is kept as small as possible in order to obtain a large pressurized area. However, if the trunnion bends, the one mounted on it arises Cylinder block at an angle to the control plate, causing considerable leakage losses.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine freie Einstellbarkeit des Zylinderblocks gegenüber dem Steuerspiegel zu gewährleisten, damit die Steuerflächen auch bei elastischen Verformungen in der Maschine plan aneinander anliegen und die Leckverluste möglichst klein gehalten werden können. Erfindungsgemäß ist der Zylinderblock auf dem Tragzapfen in an sich bekannter Weise in einem einzigen Querlager querbeweglich gelagert, und die Dichtung des Druckraumes ist so ausgebildet, daß sie eine Querbewegung zwischen dem Zylinderblock und dem Tragzapfen ohne Aufhebung der Abdichtung zuläßt. Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung kann der Zylinderblock Kippbewegungen gegenüber dem Tragzapfen ausführen, um unter dem im Druckraum wirkenden hydraulischen Druck unabhängig von einer etwaigen Durchbiegung des Tragzapfens stets plan am Steuerspiegel anzuliegen.The invention has set itself the task of a free adjustability of the cylinder block opposite the control mirror to ensure that the control surfaces even in the case of elastic deformations in the machine, lie flat against each other and the Leakage losses can be kept as small as possible. The cylinder block is according to the invention transversely movable on the trunnion in a manner known per se in a single transverse bearing stored, and the seal of the pressure chamber is designed so that it allows a transverse movement between the cylinder block and the trunnion without breaking the seal. With this inventive design, the cylinder block can tilt movements with respect to run the trunnion under the hydraulic pressure acting in the pressure chamber regardless of any deflection of the trunnion, always flat on the control plate to lie on.

Das Querlager ist vorzugsweise nahe dem Steuerspiegel des im Maschinengehäuse befestigten Steuerkörpers angeordnet, damit die Durchbiegung des Tragzapfens durch die auf den Zylinderblock wirkenden Querkräfte möglichst klein gehalten wird.The transverse bearing is preferably close to the control plate in the machine housing attached control body arranged so that the deflection of the support pin through the transverse forces acting on the cylinder block are kept as small as possible.

Die Dichtung des Druckraumes ist vorzugsweise ein Dichtring, der einerseits an der Wand des Druckraumes und andererseits an einer Stirnfläche einer radiales Spiel gegenüber der Wand aufweisenden Schulter des Tragzapfens anliegt.The seal of the pressure chamber is preferably a sealing ring, on the one hand on the wall of the pressure chamber and on the other hand on an end face of a radial Game against the wall having shoulder of the trunnion rests.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine, F i g. 2 einen vergrößerten Längsschnitt durch den Zylinderblock und F i g. 3 und 4 Teillängsschnitte durch den Zylinderblock mit verschiedenen Ausführungen der Erfindung.Some embodiments of the invention are based on the drawing explained in more detail. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through an axial piston machine, F i g. 2 shows an enlarged longitudinal section through the cylinder block and FIG. 3 and 4 partial longitudinal sections through the cylinder block with different versions of the invention.

Es sei zunächst auf F i g. 1 und 2 Bezug genommen, in welchen eine Pumpe oder ein Motor mit unveränderlichem Hub dargestellt ist. In einem Gehäuse 3 ist ein umlaufender Zylinderblock 1 angeordnet, der Zylinder 2 aufweist, die parallel zur Drehachse verlaufen. Der Zylinderblock ist drehbar auf einem feststehenden Tragzapfen 22 gelagert und läuft an dem Steuerspiegel eines Steuerkörpers 4 an, der zwei Steueröffnungen 5 aufweist, von denen eine in F i g. 2 sichtbar ist. Diese Steueröffnungen 5 sind nierenförmig und wirken mit Steueröffnungen 6 zusammen, die sich von den Zylindern 2 zu der Stirnfläche des Zylinderblocks erstrecken. In jedem Zylinder 2 ist ein Kolben 7 angeordnet, der mit einer Pleuelstange 8 über ein Kugelgelenk 9 verbunden ist. Alle Pleuelstangen 8 sind an ihren anderen Enden mittels Kugelgelenken 11 an einem Triebflansch 12 befestigt, der durch Radiallager 13 und ein Axiallager 14 in einem Lagergehäuse 15 gelagert ist. Dieses Lagergehäuse ist mit dem Gehäuse 3 durch Flansche 16, 17 verbunden. Die Längsmittelachse des Gehäuses 3 ist gegenüber der Längsmittelachse des Lagergehäuses 15 geneigt, und entsprechend ist die Drehachse des Zylinderblocks 1 gegenüber der Drehachse des Triebflansches 12 geneigt. Der Triebflansch ist mit einer An- bzw. Abtriebswelle 18 einteilig. Damit der Triebflansch 12 und der Zylinderblock 1 mit genau derselben Geschwindigkeit und in derselben Phase umlaufen, sind sie mittels eines homokinetischen Wellengelenkes 19 miteinander verbunden.Let us first refer to FIG. 1 and 2, there is shown a fixed stroke pump or motor. A rotating cylinder block 1 is arranged in a housing 3 and has cylinders 2 which run parallel to the axis of rotation. The cylinder block is rotatably mounted on a stationary support pin 22 and runs against the control plate of a control body 4 , which has two control openings 5, one of which is shown in FIG. 2 is visible. These control openings 5 are kidney-shaped and cooperate with control openings 6 which extend from the cylinders 2 to the end face of the cylinder block. A piston 7, which is connected to a connecting rod 8 via a ball joint 9, is arranged in each cylinder 2. All of the connecting rods 8 are fastened at their other ends by means of ball joints 11 to a drive flange 12 which is supported in a bearing housing 15 by radial bearings 13 and an axial bearing 14. This bearing housing is connected to the housing 3 by flanges 16, 17. The longitudinal center axis of the housing 3 is inclined with respect to the longitudinal center axis of the bearing housing 15, and the axis of rotation of the cylinder block 1 is correspondingly inclined with respect to the axis of rotation of the drive flange 12. The drive flange is in one piece with an input or output shaft 18. So that the drive flange 12 and the cylinder block 1 rotate at exactly the same speed and in the same phase, they are connected to one another by means of a constant velocity joint 19.

Die Kugelenden 11 der Pleuelstangen 8 im Triebflansch 12 liegen auf einem größeren Radius als die Zylinder 2. Dies ist notwendig, um zu vermeiden, daß die Pleuelstangen während des Betriebes an den offenen Enden der Zylinder 2 anschlagen. In anderer als der in F i g. 1 gezeigten Stellung sind die Pleuelstangen gegen die Drehachse des Zylinderblocks hin @zeneigt. Dort, wo die Zylinder 2 mit der Hochdrucksteueröffnung 5 in Verbindung stehen, werden in den zugehörigen Pleuelstangen Druckkräfte wirksam, welche eine Komponente haben, die senkrecht zur Drehachse auf den Zylinderblock 1 wirkt. Diese Kraft wird als Querkraft bezeichnet. Es wird ihr dadurch entgegengewirkt, daß ein Rollenlager 29 zwischen dem Tragzapfen 22 und dem Zylinderblock nahe dem Steuerkörper 4 angeordnet ist. Während des Betriebes bewirkt die Querkraft eine geringfügige Durchbiegung des Zapfens 22. Dadurch, daß der Zylinderblock 1 nur in einem einzigen Querlager 29, das verhältnismäßig kurze axiale Erstreckung aufweist, auf dem Tragzapfen 22 gelagert ist, kann er sich unabhängig von einer solchen Durchbiegung selbsttätig so einstellen, daß seine plane Anlage am Steuerkörper 4 gewährleistet ist.The ball ends 11 of the connecting rods 8 in the drive flange 12 lie on a larger radius than the cylinder 2. This is necessary to avoid that the connecting rods hit the open ends of the cylinder 2 during operation. In other than that in FIG. 1 the connecting rods are inclined towards the axis of rotation of the cylinder block. Where the cylinders 2 are connected to the high-pressure control opening 5, compressive forces are effective in the associated connecting rods, which have a component that acts on the cylinder block 1 perpendicular to the axis of rotation. This force is known as the transverse force. It is counteracted in that a roller bearing 29 is arranged between the support pin 22 and the cylinder block near the control body 4. During operation, the transverse force causes a slight deflection of the pin 22. Because the cylinder block 1 is mounted on the support pin 22 only in a single transverse bearing 29, which has a relatively short axial extension, it can automatically move independently of such a deflection adjust that its plane contact with the control body 4 is guaranteed.

Um bei einer derartigen Pumpe oder einem derartigen Motor einen höchstmöglichen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie oder umgekehrt zu erreichen, ist es notwendig, daß die Steueröffnungen 5 und 6 einen großen Querschnitt erhalten, damit möglichst keine Drosselung der Flüssigkeitsströmung eintritt. Dies erfordert, daß der Querschnitt jeder nierenförmigen Steueröffnung 5 größer ist als die gesamte Querschnittsfläche der Zylinder 2, die zu jeder Zeit mit ihnen über die Steueröffnunsen 6 verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine hydraulische Kraft, welche im Sinn eines Abhebens des Zylinderblocks vom Steuerkörper auf den Zylinderblock wirkt. Um zu erreichen, daß der Zylinderblock stets am Steuerkörper anliegt, ist zentral im Zylinderblock 1 ein Längsdruckraum 21 angeordnet, dem Druckflüssigkeit durch einen Kanal 24 im Tragzapfen 22 zugeführt wird. Der Kanal 24 steht mit derjenigen Steueröffnung 5 im Steuerkörper 4 in Verbindung, die unter hohem Druck steht. Wenn die Pumpe oder der Motor umsteuerbar ist, ist der Kanal 24 mit beiden Steueröffnungen 5 über Rückschlagventile verbunden. Der Flüssigkeitsdruck im Druckraum 21 erzeugt eine auf den Zylinderblock wirkende hydraulische Kraft, welche die abhebende Kraft, die auf den Zylinderblock über den Querschnitt der Steueröffnungen 5 wirkt. geringfügig überwiegt. Er ergibt sich, daß bei steigendem Arbeitsdruck die auf den Zylinderblock wirkende Abhebkraft und die im Druckraum 21 entwickelte Ausgleichskraft sich proportional vergrößern, so daß der Zylinderblock über einen großen Betriebsdruekbereich in Anlage am Steuerkörper gehalten wird.In order to achieve the highest possible efficiency in converting mechanical energy into hydraulic energy or vice versa with such a pump or such a motor, it is necessary that the control openings 5 and 6 have a large cross-section so that as little as possible throttling of the liquid flow occurs. This requires that the cross-section of each kidney-shaped control opening 5 is greater than the total cross-sectional area of the cylinders 2 which are connected to them via the control openings 6 at all times. This results in a hydraulic force which acts on the cylinder block in the sense of lifting the cylinder block from the control body. In order to ensure that the cylinder block is always in contact with the control body, a longitudinal pressure chamber 21 is arranged centrally in the cylinder block 1, to which hydraulic fluid is fed through a channel 24 in the support pin 22. The channel 24 is connected to that control opening 5 in the control body 4 which is under high pressure. If the pump or the motor can be reversed, the channel 24 is connected to both control openings 5 via check valves. The fluid pressure in the pressure chamber 21 generates a hydraulic force which acts on the cylinder block and which is the lifting force which acts on the cylinder block via the cross section of the control openings 5. slightly predominates. The result is that with increasing working pressure the lifting force acting on the cylinder block and the compensating force developed in the pressure chamber 21 increase proportionally, so that the cylinder block is held in contact with the control body over a large operating pressure range.

Die Abdichtung des Längsdruckraumes 21 erfolgt in F i g. 1 und 2 einerseits durch einen mit dem Zylinderblock l umlaufenden Dichtring 25, der an der Wand des Druckraumes 21 und an einer Stimfläche 31 einer Schulter 23 des Tragzapfens 22 anliegt, und andererseits durch die Anlage des Zylinderblocks am Steuerkörper. Um eine Anlage des Zylinderblocks 1 am Steuerkörper 4 zu gewährleisten, wenn noch kein hydraulischer Druck vorhanden ist, ist eine Feder 26 mit Vorspannung im Druckraum 21 angeordnet, welche zwischen dem Zylinderblock 1 und einem Ansatz 27 am Tragzapfen 22 wirkt, wobei ein Drucklager 28 zwischen Feder 26 und Ansatz 27 vorgesehen ist, um eine relative Drehbewegung zwischen der Feder und dem Zapfen zu ermöglichen.The sealing of the longitudinal pressure chamber 21 takes place in FIG. 1 and 2 on the one hand by a sealing ring 25 running around the cylinder block 1, which rests on the wall of the pressure chamber 21 and on an end face 31 of a shoulder 23 of the support pin 22, and on the other hand by the contact of the cylinder block with the control body. In order to ensure that the cylinder block 1 rests on the control body 4 when there is still no hydraulic pressure, a spring 26 with preload is arranged in the pressure chamber 21, which acts between the cylinder block 1 and a shoulder 27 on the support pin 22, with a thrust bearing 28 between Spring 26 and lug 27 is provided to allow relative rotational movement between the spring and the pin.

Da der Dichtring 25 mit einer ebenen ringförmigen Dichtfläche an der ebenen Stirnfläche 31 der Schulter 23 des Zapfens 22 anliegt, kann die Schulter 23, die mit radialem Spiel im Druckraum 21 angeordnet ist, geringe Querbewegungen relativ zum Zylinderblock ausführen, ohne die dichtende Anlage des umlaufenden Ringes 25 an der feststehenden Stirnfläche 31 zu beeinträchtigen. Die Anlage des Zylinderblocks am Steuerkörper, die die andere Abdichtung des Druckraumes 21 darstellt, findet in geringem axialem Abstand vom Lager 29 statt, wodurch bei Biegung des Tragzapfens 22 unter der Querkraft eine geringfügige seitliche Verschiebung des Zylinderblocks auf dem Steuerkörper eintritt. Dies beeinträchtigt die Abdichtung jedoch nicht, da die beiden zusammenwirkenden Flächen eben sind.Since the sealing ring 25 rests with a flat annular sealing surface on the flat end face 31 of the shoulder 23 of the pin 22, the shoulder 23, which is arranged with radial play in the pressure chamber 21 , can perform small transverse movements relative to the cylinder block without the sealing contact of the circumferential To impair the ring 25 on the stationary face 31. The abutment of the cylinder block on the control body, which is the other seal of the pressure chamber 21, takes place at a small axial distance from the bearing 29, whereby a slight lateral displacement of the cylinder block on the control body occurs when the support pin 22 is bent under the transverse force. However, this does not affect the seal, since the two interacting surfaces are flat.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ist das Querlager 29 ungefähr in der Mitte zwischen der Schulter 23 des Tragzapfens 22 und dem Steuerkörper 4 angeordnet. Während des Betriebes auf den Zylinderblock ausgeübte Querkräfte werden durch dieses Lager 29 auf den Zapfen 22 übertragen und verursachen eine Biegung desselben, die eine Querbewegung des Zylinderblocks i gegenüber dem Steuerkörper 4 und zwischen der Schulter 23 und der Wand des Druckraumes 21 zur Folge hat. Die Dichtung 25' zwischen der Schulter 23 und der Wand des Druckraumes 21 weist wiederum eine ringförmige Dichtungsfläche auf, mit der sie an der ebenen Stirnfläche 31 der Schulter 23 anliegt und dadurch die Querbewegungen zuläßt. Während des Betriebes wird der Ring 25' durch die dem Druckraum 21 zugeführte Druckflüssigkeit gegen die Schulter 23 gedrückt, um Leckverluste zu vermeiden. Die seitlichen Bewegungen zwischen Zylinderblock 1 und Steuerkörper 4 und zwischen Dichtring 25' und Schulter 23 sind ungefähr gleich.In the embodiment according to FIG. 3, the transverse bearing 29 is arranged approximately in the middle between the shoulder 23 of the support pin 22 and the control body 4. Transverse forces exerted on the cylinder block during operation are transmitted through this bearing 29 to the journal 22 and cause the latter to bend, which results in a transverse movement of the cylinder block i relative to the control body 4 and between the shoulder 23 and the wall of the pressure chamber 21 . The seal 25 'between the shoulder 23 and the wall of the pressure chamber 21 again has an annular sealing surface with which it rests against the flat end face 31 of the shoulder 23 and thereby allows the transverse movements. During operation, the ring 25 'is pressed against the shoulder 23 by the pressure fluid supplied to the pressure chamber 21 in order to avoid leakage losses. The lateral movements between cylinder block 1 and control body 4 and between sealing ring 25 'and shoulder 23 are approximately the same.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist das Querlager 29 wie in F i g. 2 nahe dem Steuerkörper 4 angeordnet, wobei der Unterschied gegenüber F i g. 2 darin besteht, daß eine Entlastungsringnut 33 im Zylinderblock 1 um den Tragzapfen 22 herum angeordnet ist. Diese Nut steht mit dem Niederdruckkanal in Verbindung und ist dadurch entlüftet, während eine Dichtung 34 zwischen dem Zapfen 22 und einer Querwand 35 des Druckraumes 21 angeordnet ist. Wie in F i g. 2 ist ein Dichtring 25 zwischen der Wand des Druckraumes 21 und der Stirnfläche 31 der Schulter 23 des Zapfens 22 vorgesehen. Die durch den Kanal 24 zugeführte Druckflüssigkeit wirkt zwischen den beiden Dichtungen 25 und 34 und hält beide in ihrer Lage. Auf den Zylinderblock 1 wirkende Querkräfte werden durch das Lager 29 auf den Zapfen 22 übertragen und biegen diesen geringfügig, was eine Gleitbewegung der Dichtung 34 auf der Wand 35 und der Dichtung 25 auf der Stirnfläche 31 der Schulter 23 des Zapfens 22 zur Folge hat. In allen Ausführungsbeispielen haben die beiden Dichtungen des Druckraumes 21 verschiedene effektive Durchmesser, wobei die Dichtung 25, die mit der Schulter 23 zusammenwirkt, größer ist als die Dichtung 34 nahe dem Steuerkörper, um eine wirksame Fläche innerhalb des Druckraumes 21 abzuarenzen, über die der hydraulische Druck wirkt, um den Zylinderblock entgegen der an den Steueröffnungen 5 im Steuerkörper auftretenden Abhebkraft an den Steuerkörper zu drücken. Bei allen Betriebsverhältnissen wird die auftretende Querkraft durch das einzige Querlager 29 auf den Tragzapfen 22 übertragen, und jede sich daraus ergebende Biegung des Zapfens verursacht eine Gleitbewegung einer oder beider Dichtungen, ohne die Selbsteinstellung des Zylinderblocks relativ zum Steuerkörper zu beeinträchtigen.In the embodiment according to FIG. 4 is the transverse bearing 29 as in FIG. 2 arranged close to the control body 4, the difference with respect to FIG. 2 consists in that a relief ring groove 33 is arranged in the cylinder block 1 around the support pin 22 . This groove is connected to the low-pressure channel and is thereby vented, while a seal 34 is arranged between the pin 22 and a transverse wall 35 of the pressure chamber 21. As in Fig. 2, a sealing ring 25 is provided between the wall of the pressure chamber 21 and the end face 31 of the shoulder 23 of the pin 22. The pressure fluid supplied through the channel 24 acts between the two seals 25 and 34 and holds both in their position. Transverse forces acting on the cylinder block 1 are transmitted through the bearing 29 to the pin 22 and bend it slightly, which results in a sliding movement of the seal 34 on the wall 35 and the seal 25 on the end face 31 of the shoulder 23 of the pin 22. In all exemplary embodiments, the two seals of the pressure chamber 21 have different effective diameters, the seal 25, which cooperates with the shoulder 23, being larger than the seal 34 near the control body in order to isolate an effective area within the pressure chamber 21 over which the hydraulic Pressure acts to press the cylinder block against the lifting force occurring at the control openings 5 in the control body against the control body. In all operating conditions, the occurring transverse force is transmitted through the single transverse bearing 29 to the trunnion 22, and any resulting bending of the journal causes a sliding movement of one or both seals without affecting the self-adjustment of the cylinder block relative to the control body.

Obgleich sich die dargestellten Ausführungsbeispiele auf eine Pumpe oder einen Motor mit unveränderlichem Hub beziehen, ist die Erfindung naturgemäß auch auf Maschinen mit veränderlichem Hub anwendbar, d. h. Maschinen, bei denen der Winkel zwischen den Drehachsen von Zylinderblock und Triebflansch veränderlich ist.Although the illustrated embodiments relate to a pump or relate to a motor with an unchangeable stroke, the invention is natural also applicable to machines with variable stroke, d. H. Machines where the angle between the axes of rotation of the cylinder block and the drive flange is variable is.

Claims

Claims: 1. Device for hydraulically pressing the cylinder block of an axial piston machine rotating on a stationary support pin onto the flat control plate of the machine housing with a longitudinal pressure chamber acted upon by hydraulic fluid between the cylinder block and the support pin, characterized in that the cylinder block (1) on the support pin (22) in is mounted transversely in a known manner in a single transverse bearing (29) and that the seal (4, 25, 25 ", 34) of the pressure chamber (21) is designed so that it allows a transverse movement between the cylinder block (1) and the support pin (22 ) without breaking the seal.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the transverse bearing (29) is fastened near the control plate of the in the machine housing (3) Control body (4) is arranged.

3. Device according to claim 1, characterized in that that the seal is a sealing ring (25, 25 ') on the one hand on the wall of the pressure chamber (21) and on the other hand on an end face (31) a radial play opposite the wall having shoulder (23) of the support pin (22) rests. Considered Publications: German Patent No. 886 835; German interpretative document no. 1003 040; Swiss Patent No. 236 828; U.S. Patent No. 2,241,701.