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Einrichtung zum Andrücken der winkelbeweglichen Kolbengleitschuhe
an die Schiefscheibe oder Taumelscheibe einer Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor)
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Andrücken der winkelbeweglichen
Kolbengleitschuhe an die Schieferscheibe oder Taunielscheibe einer Axialkolbenmaschine
(Pumpe oder Motor).
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Als Andrückmittel werden im allgemeinen Federn verwendet, welche meist
in der Zylinderbohrung vorgesehen sind und sich einerseits an einem Ende dieser
Bohrung und andererseits am Kolben abstützen und diesen gegen die Schiefscheibe
drücken. Solche Federn können jedoch nur für verhältnismäßig niedrige Drehzahlen
des Zylinderblocks verwendet werden, da bei höheren Drehzahlen die Massenkräfte
des Kolbens so groß werden, daß sie von der Feder nicht mehr überwunden werden können,
zumal der vorhandene Raum die Größe der Feder begrenzt. Es sind auch Konstruktionen
bekannt, bei welchen ein Druckring vorgesehen ist, der über ein Kugelgelenk auf
der Triebwelle gelagert ist und ebenfalls durch Federn an die Gleitschuhe angedrückt
wird. Gelingt es in diesem Falle, eine Andrückkraft zu erzeugen, welche auch bei
hohen Drehzahlen ein Anliegen des Gleitschuhes an der Schiefehene gewährleistet,
so führt diese hohe Andrückkraft bei niedrigen Drehzahlen zu großen Reibungsverlusten.
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Es ist auch bekannt, die Kolbengleitschuhe hy-
draulisch anzudrücken,
wobei bei einer bekannten Ausführung Mittel vorgesehen sind, die den Anpreßdruck
konstant halten. Die Aufrechterhaltung eines konstanten Anpreßdruckes hat den Nachteil,
daß bei niedrigen Drehzahlen große Reibungsverluste auftreten, da dieser konstante
Anpreßdruck so hoch sein muß, daß er bei hohen Drehzahlen, bei denen die Kolben
erheblichen Beschleunigungskräften ausgesetzt sind, noch eine Anlage der Gleitschuhe
an der Schiefscheibe bewirkt. Bei einer anderen bekannten Ausführung ist eine förderdruckabhängige
Andrückeinrichtung vorgesehen. Da der Förderdruck in weiten Grenzen unabhängig von
der Drehzahl schwanken kann, ist keine Gewähr gegeben, daß bei jeder Drehzahl eine
gerade ausreichende Andrückkraft erzeugt wird.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Andrückeinrichtung
zu schaffen, mit welcher einerseits eine Anlage der Kolbengleitschuhe an der Schief-oder
Taumelscheibe auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet und andererseits vermieden
wird, daß bei niedrigen Drehzahlen eine zu große Andrückkraft auftritt. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß drehzahlabhängige Andrückmittel vorgesehen
sind. Damit wird erreicht, daß sich die Andrückkraft gleichsinnig mit der Drehzahl
ändert, d. h. bei höheren Drehzahlen ist die Andrückkraft größer als bei
niedrigeren Drehzahlen, womit einerseits auch bei hohen Drehzahlen ein sicheres
Anliegen der Gleitschuhe an der Schiefscheibe gewährleistet wird, auf der anderen
Seite aber bei niedrigen Drehzahlen der Verschleiß auf ein Mindestmaß herabgesetzt
wird. Dieser erfindungsgemäße Gedanke läßt sich in der Praxis auf verschiedene Weise
verwirklichen. Nach einem Vorschlag der Erfindung wird die Andrückkraft durch mit
dem Zylinderbleck umlaufende Andrückfliehgewichte erzeugt, woraus sich automatisch
eine drehzahlabhängige Andrückkraft ergibt. Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung
wird die Andrückkraft von einer hydraulischen Hilfspumpe erzeugt, deren Druck drehzahlabhängig
ist und die einen Ringraum beaufschlagt, dessen eine Wand von einem an sich bekannten,
direkt oder indirekt an den Gleitschuhen anliegenden und diese gegen die Schief-
bzw. Taumelscheibe andrückenden Druckring gebildet ist. Besonders vorteilhaft ist
es, den genannten Ringraum radial innerhalb der Gleitschuhe anzuordnen. Hierdurch
wird die Umfangsgeschwindigkeit möglichst klein gehalten, wodurch die Abdichtungsprobleme
für diesen Ringraum. vereinfacht sind.
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Bei Axialkolbenmaschinen mit veränderlicher Fördermenge bzw. veränderlichem
Schluckvermögen ist die Schief- bzw. Taumelscheibe in ihrer Schrägstellung zum Zylinderblock
veränderbar. Steht die Schiefscheibe dabei senkrecht zur Drehachse des Zylinderblocks,
so ist die Fördermenge bzw. das Schluckvermögen Null. Gleichwohl gleiten die Gleitschuhe
auf
der Schiefscheibe und erzeugen somit Reibungsverluste. Um diese Reibungsverluste
so klein wie möglich zu halten, ist bei solchen Maschinen erfindungsgemäß eine Steuereinrichtung
vorgesehen, welche die Andrückkraft bei Neigungswinkel Null oder nahe Null ausschaltet.
Dies kann bei Andrückung durch -Fliehgewichte mit Hilfe einer entsprechenden Sperrvorrichtung
geschehen. Ist die Schief- bzw. Taumelscheibe über Schwenkzapfen im Gehäuse bzw.
auf der Triebwelle gelagert, so läßt sich bei einer hydraulischen Anpressung die
Steuerung auf einfache Weise dadurch erreichen, daß im Gehäuse bzw. in der Triebwelle
einerseits und einem der Schwenkzapfen andererseits Kanäle angeordnet sind, die
nur bei größeren Neigungswinkeln miteinander in Verbindung.kommen, so daß nur bei
solchen Neigungswinkeln Druckflüssigkeit dem Ringraum zugeführt wird.
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Bei hydraulischer Andrückung mit Hilfe der von einer Hilfspumpe erzeugten
Druckflüssigkeit ist nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in der Förderleitung
der Hilfspumpe eine Drossel vorgesehen, wobei die Abnahme der Druckflüssigkeit für
das Andrückmittel stromaufwärts der Drossel erfolgt. Durch diese Maßnahme
- wird eine erhöhte Drehzahlabhängigkeit des Druckes erzielt.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an,
Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Längskl:mitt durch
eine Axialkolbenpumpe, F i g. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II in F i
g. 1,
F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine Doppeleinheit, die aus
einer Axialkolbenpumpe und einem Axialkolbenmotor besteht, und F i g. 4 einen
Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe in Teilansicht, # wobei die Andrückung
der Gleitschuhe mittels Fliehgewichten erfolgt.
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# Es sei zunächst auf T i g. 1 Bezug genommen. Mit
-1 ist das Gehäuse dei Axialkolbenpumpe bezeichnet, das an seinem linhü Ende
durch den Steuerspiegelkörper 2 verschlossen ist. Das Gehäuse ist von einer Welle
3 durchsetzt, die,durch Lager 4, 5 drehbar im Gehäuse 1 bzw.
im Steuerspiegelkörper 2 gelagert ist. Auf der Welle 3 ist innerhalb des
Gehäuses eine Zylindertrommel 6 angeordnet, die eine Mehrzahl von im wesentlichen#parallel
zu ihrer Drehachse verlaufenden Zylinderbohrungen 7 aufweist. Jede Zylinderbohrung
enthält einen Kolben 8, der über ein Kugelgelenk 9 und eiÜen Gl eitschuh
10 an der Gleitbahn 11 einer Schiefscheibe 12 anlieat. Mit
13 ist ein Druckring bezeichnet,'der die Gleitschuhe 10 in Anlage
an der Gleitbahn 11 hält. Die Schiefscheibe 12 ist durch Schwenkzupfen 14
ve rschwenkbar im Gehäuse 1 gelagert. Der Grad der Verschwenkung der Schiefscheibe
12 bestimmt den Hub der Kolben 8.
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Von jedem Zylinder 7 geht eine Bohrung 15 aus, die an
der Steuerfläche 16 der Zylindertrommel 5
mündet.'Die Steuerfl;a"cfi#e
16 wirkt mit dem Steuerspiegel 17 des Steuerspiegelkörpers 2
zusammen. In diesem Steuerspiegel 17 sind zwei nierenförmige Steueröffnungen
18, -19 vorgesehen, die mit den Zu-und Rückführkanäl#w20, 21 in Verbindung
stehen.
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Am linken Ende -dü Welle 3 ist eine allgemein mit 22 bezeichnete
Zahnrädpuinpe angeordnet, die aus einem fest mit de r-' Welle 3 verbundenen
Zahn-. rad 23 und einem- im,*i'--diesem in_ Eingriff stehenden' Zahnrad 24
besteht-.. - Die Pumpe 22 saugt hydraulische Flüssigkeit beispielsweise aus
dem Innenraum 25 des Gehäuses 1 an und fördert diese unter Druck in
den Kanal 26. Dieser Kanal 26 mündet an der Lagerfläche
27 eines Schwenkzapfens 14 und setzt sich m« einem Kanaf 29 in der Schiefscheibe
12 fort. Dieser Kanal 28 mündet in einem Ringraum 29, der einerseits
von dem Druckring 13 und andererseits von einem Dichtungsring 30 begrenzt
wird. Der von der Pumpe 22 erzeugte Druck gelangt in den Ringraum 29 und
drückt den Druckring 13 an die Gleitschuhe 10 und diese an die Gleitbahn
11 der Schiefscheibe 12. Da sich der Druck, der von der Pumpe 22 erzeugt
wird, mit der Drehzahl der Welle 3 änderte wird eine drehzahlabhängige hydraulische
Andrückkraft erzeugt. Steigt die Drehzahl der Welle 3, so erhöht sich der
von der Pumpe 22 erzeugte Druck und damit die Andrückkraft -und umgekehrt wird -bei
Vernngerung der Drehzahl der Welle 3 der Druck und damit die Andrückkraft
ebenfalls verringert.
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Wie erwähnt, wird durch Verschwenken der Schiefscheibe 12 der Hub
der Kolben 8 verändert. Wenn die Schiefscheibe 12 genau senkrecht zur Drehachse
der Zylindertrommel 6 steht, ist der Pumpenhub gleich Null. Trotzdem
gleiten die Gleitschuhe 10 nach wie vor auf der Gleitbahn-11 der Schiefscheibe
12, wodurch Reibung erzeugt wird, die verhältnismäßig hoch sein kann, wenn eine
entsprechende Andrückkraft vorhanden ist. Die Erfindung sieht nun Mittel vor, um
den Anpreßdruck in diesem Falle abzuschalten. Zu diesem Zwecke wird der Schwenkzapfen
14, in welchem der Kanal 28 angeordnet ist als Steuerventil verwendet. Dieses
geschieht dadurch, daß der Kanal 28 sich in zwei Arme gabelt, die in F i
g. 2 mit 28 a bezeichnet sind. In der in F i g. 2 gezeigten
Stellung steht die Schiefscheibe 12 senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel
6,
d. h. der Kolbenhub ist gleich Null. Wie ersichtlich, besteht in
dieser Stellung keine Verbindung zwischen den Kanälen 26 und 28 a.
Demzufolge kann Druckflüssigkeit auch nicht -in den Ringraum 29 gelangen,
so daß keine hydraulische Andrückkraft vorhanden ist und somit auch keine wesentliche
Reibung auftreten kann. Erst wenn der Schwenkzapfen 14 verdreht ist, kommt einer
der Kanäle 28 a mit dem Kanal 26
in Verbindung, wodurch eine hydraulische
Andrückkraft ausgeübt werden kann.
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Eine gewisse Andrückkraft kann in üblicher Weise durch die Federn
31 erzeugt werden. Diese Federn können nun, nachdem für größere Schwenkwinkel
zusätzlich eine hydraulische Andrückkraft vorhanden ist, so bemessen sein, daß sie
bei geringen Schwenkwinkeln und niederen Drehzahlen keine übermäßige Reibung zwischen
den Gleitschuhen 10
und der Schiefscheibe bzw. der Gleitbahn 11 erzeugen.
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Es sei nunmehr auf F i g. 3 Bezug genommen, welche eine
Doppeleinheit zeigt, wobei der Pumpenteil allgemein mit 34 und der Motorteil allgemein
mit 35
bezeichnet ist. Der Aufbau von Pumpenteil und Motorteil ist im Prinzip
derselbe, mit dem einzigen Unterschied, daß die'Schiefscheibe 36 des Pumpenteils
gegenübdr der Zylindertrommel 38 verschwenkbar ist, während die Schiefscheibe
40 des Motorteils 35 lageunveränderlich ist. Auf dem linken Ende der Welle
3 a ist wiederum eine Hilfspumpe 22 angeordnet, welche den gleichen
Aufbau hat, wie diejenige, die in F i g. 1 gezeigt ist. Bei dem Pumpenteil
34 sitzt der Druckring 13 a für die Gleitschuhe 10
auf
einem Kugelabschnitt 42, der axialbeweglich auf der Welle 3 a angeordnet
ist. Die Andrückung des Druckringes 13 a an die Gleitschuhe 10 erfolgt
durch den von der Pumpe 22 erzeugten Druck, der durch einen Kanal 43 in einen
Ringraum 44 gelangen kann. In dem Ringraum 44 ist eine Tellerfeder 45 angeordnet,
welche eine zusätzliche Andrückkraft erzeugt und außerdem die Abdichtung des Ringraumes
44 nach außen übemimmt.
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Beim Motorteil 35 ist der Ringraum 46, der von der Pumpe 22
über die Leitung 47, 48 mit Druckflüssigkeit versorgt wird, radial. innerhalb der
Gleitschuhe 10 angeordnet. Diese Anordnung hat gegenüber der Anordnung gemäß
F i g. 1 den Vorteil, daß der Ringraum 46 eine erheblich kleinere Umfangsgeschwindigkeit
aufweist, wodurch sich die Abdichtungsprobleme für diesen Ringraum wesentlich vereinfachen.
Der Ringraum 46 wird, wie ersichtlich, einerseits durch den Druckring
13 b und andererseits durch die Gleitbahn 11 begrenzt.
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Die Pumpe 22 ist in diesem Fall gleichzeitig als Speisepumpe für den
hydraulischen Kreislauf vorgesehen und fördert über die Leitung 47 a und Kanäle
49 sowie über Rückschlagventile 50, 51 Druckflüssigkeit in diejenige
hydraulische Leitung 52 oder 53, in welcher der geringere Druck herrscht.
Dabei ist in der Leitung 47,a eine Drossel 54 vorgesehen, vor welcher die Leitung
47 zum Ringraum 46 abzweigt. Diese Drossel 54 hat den Zweck, eine erhöhte Drehzahlabhängigkeit
des Druckes für die Ringräume 46 und 44 zu erzielen. Die Drossel 54 kann in bekannter
Weise als turbulente Drossel (Blende) ausgebildet sein, wodurch Viskose- oder Temperaturabhängigkeit
der Drosselwirkung vermieden wird.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1 und 3
wurde
eine hydraulische Anpressung der Gleitschuhe an die Schiefscheibe vorgenommen. Diese
hydraulische Anpressung hat unter anderem auch noch den Vorteil, daß sie eine Dämpfung
der Geräusche ergibt da sie ein Rattern der Kolben beim Saughub verhindert.
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In F i g. 4 ist eine Axialkolbenpumpe im Längsschnitt gezeigt,
die im Prinzip dem Pumpenteil 34 in F i g. 3 entspricht. Wie bei dieser Anordnung
ist auch hier ein Kugelabschnitt 42 axialbeweglich auf der Welle 3 angeordnet,
der zur Führung des Druckringes 13 a dient. Die Andrückung des Druckringes
13 a
an die Gleitschuhe 10 erfolgt in diesem Fall nicht durch
hydraulische Mittel, sondern durch Fliehgewichte 60, die an dem Hebelarm
61 eines Winkelhebels 62 angebracht sind, der bei 63 drehbar
in der Zylindertrommel 6 gelagert ist. Das Ende des anderen Hebelarmes 64
liegt an einem kurzen zweiarmigen Hebel 65 an, der bei 66 drehbar
in der Zy-
lindertrommel 6 gelagert ist und mit seinem anderen Ende
67 an dem Kugelabschnitt 42 anliegt. Die Andrückung der Gleitschuhe
10 an die Schiefscheibe über den Druckring 13 a durch die Fliehgewichte
60
ist naturgemäß drehzahlabhängig. Um auch bei dieser Anordnung eine Ausschaltung
der Andrückkraft zu ermöglichen, wenn die Schiefscheibe senkrecht zur Drehachse
der Zylindertrommel 6 steht, wie dies in hydraulischer Hinsicht in der Ausführung
gemäß F i g. 2 vorgesehen ist, ist am Druckring 13 a ein Sperrarm
68 angeordnet, der über den Hebelarm 64 des Winkelhebels 62 greift
und verhindert, daß dieser bei Neigungswinkel Null der Schiefscheibe auf den Winkelhebel
65 drücken kann. Diese Stellung ist gestrichelt eingezeichnet.