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Einrichtung zum Andrücken der Kolbengleitschuhe an die Schiefscheibe
einer Druckflüssigkeits-Axialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zum Andrücken der Kolbengleitschuhe an die Schiefscheibe einer Druckflüssigkeits-Axialkolbenmaschine
für hohe Drehzahlen (Pumpe oder Motor) durch eine auf einem Vorsprung der Zylindertrommel
angeordnete, kugelbeweglich gelagerte Haltescheibe.
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Es sind Axialkolbenmaschinen bekannt, bei denen ein Zwischenraum zwischen
der umlaufenden Zylindertrommel und dem Gehäuse dadurch formschlüssig aufrechterhalten
wird, daß die Zylindertrommel auf ein gehäusefestes Längslager am Zwischenraum gedrückt
wird. Dies hat den Zweck, den Spalt zwischen der Zylindertrommel und dem Gehäuse
oder einem dort unverschiebbar angeordneten Teil, beispielsweise dem Steuerspiegel,
konstant zu halten.
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Weiterhin ist es bekannt, bei einer Axialkolbenmaschine die Kolbengleitschuhe
mit Hilfe einer Haltescheibe mit der Schiefscheibe in steter Gleitberührung zu halten.
Die Haltescheibe wird von einer an der Triebwelle oder am Gehäuse gelagerten Feder
kraftschlüssig gegen die Gleitschuhe gepreßt.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich bei hohen Drehzahlen infolge
der nur kraftschlüssigen Anpressung die Gleitschuhe von der Schiefscheibe kurzzeitig
abheben können und anschließend mit großer Wucht auf die Schiefscheibe aufschlagen,
wodurch starke Geräuschentwicklung verursacht wird oder die betroffenen Teile beschädigt
werden können.
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Außerdem ist es bekannt, die Gleitschuhe formschlüssig gegen die Schiefscheibe
einer Axialkolbenmaschine anzupressen. Hier ist eine von der Zylindertrommel getrennte
Hülse vorgesehen, die an der Haltescheibe für die Gleitschuhe formschlüssig anliegt.
Die Hülse und die Zylindertrommel können aber in bezug auf die Gleitschuh-Anpressung
als ein gemeinsames Teil angesehen werden. Die Zylindertrommel selbst liegt einerseits
am Steuerspiegel des Gehäuses an, andererseits ist sie durch ein Radiallager geführt,
das in einer Querebene angeordnet ist, die in Nullhubstellung durch die Kugelköpfe
der Kolben verläuft.
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Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich der gesamte Unterschied
der Wärmedehnung der Zylindertrommel gegenüber der Wärmedehnung des Gehäuses voll
an der Haltescheibe auswirkt, d. h., die Reibung der Gleitschuhsohle an der Schiefscheibe
steigt beträchtlich an, in ungünstigen Fällen können die Gleitschuhe fressen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Zuhilfenahme des im
zweiten Absatz erwähnten bekannten Gedankens, mit einem gehäusefesten Längslager
am Zwischenraum eine Anordnung zum Andrücken der Kolbengleitschuhe an die Schiefscheibe
einer Axialkolbenmaschine zu schaffen, die sich besonders für hohe Drehzahlen eignet
und welche auch die Einflüsse von Wärmedehnungen eliminiert.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Zylindertrommel
in an sich bekannter Weise gegen ein Längslager im Maschinengehäuse drückbar ist,
das nahe oder in der Querebene der zylindertrommelseitigen Oberfläche der Haltescheibe
in deren Nullhubstellung liegt.
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Besonders zweckmäßig ist es dabei, das Längslager als Kegelrollenlager
auszubilden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben.
Diese zeigt in F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine als Pumpe oder Motor verwendbare
Axialkolbenmaschine, F i g. 2 einen Teil eines Längsschnittes einer Axialkolbenmaschine,
bei der die Zylindertrommel in einem Kegelrollenlager gelagert ist.
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Anschlüsse und Steuerspiegelscheibe sind um 90° versetzt dargestellt.
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Die in F i g. 1 gezeigte Axialkolbenmaschine hat ein Gehäuse 10, das
von einem mit nicht gezeichneten Schrauben festgehaltenen Gehäusedeckel
11 abgeschlossen ist, in dem ein mit einer Steuerstange 13 zu betätigender
Kraftverstärker 14 üblicher Bauart zum Verstellen einer Schiefscheibe 15 eingebaut
ist, die in einer kugelförmigen Ausnehmung 16 des Gehäusedeckels 11 gelagert ist.
Ferner dient der Gehäusedeckel 11 zur Aufnahme eines Kugellagers
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zum Führen einer Antriebswelle 18, deren anderes Ende in einem Rollenlager
19 in einer Bohrung 20
des Gehäuses 10 gelagert ist, die
mit einem Deckel 21 abgeschlossen ist. Das Kugellager 17 ist nach außen durch ein
Lagerschild 25 abgeschlossen.
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Die Bohrung 20 geht über in eine Bodenfläche 26, an die sich eine
zylindrische Ausdrehung 27 anschließt, die in eine Gehäuseausdrehung 28 größeren
Durchmessers übergeht. In der Ausdrehung 27 liegt eine Steuerspiegelscheibe 31,
die zwei auf einem Kreis liegende Steuerschlitze 32, 33 aufweist. über dieser Form
angepaßte Hohlkolben 34, 35, die von Wellenfedern 36, 37 gegen die Bodenfläche 26
angedrückt werden und in entsprechende Aussparungen 38, 39 der Steuerspiegelscheibe
31 liegen, ist diese gegen die Bodenfläche 26 abgestützt. Die Hohlkolben 34, 35
stehen mit Anschlußöffnungen 40, 41 des Gehäuses 10 in Verbindung.
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Gegen die Steuerspiegelscheibe 31 liegt das eine Ende einer die Antriebswelle
18 umgreifenden Zy-
lindertrommel 43 an, in der sich mehrere - beispielsweise
7 oder 9 - Zylinderbohrungen 44 befinden, von denen jeweils Kanäle 45 zu
den nierenförmigen Steuerschlitzen 32,33 des Steuerspiegels führen. In den
Zylinderbohrungen 44 sind Kolben 46 geführt, die über Kugelgelenke
47 mit Gleitschuhen 48 verbunden sind.
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über eine Bohrung 51 und eine Drossel 52 jedes Gleitschuhs 48 sowie
eine Längsbohrung 53 jedes Kolbens 46 ist ein hydrostatisches Lager 54 in jedem
Gleitschuh 48 mit der zugehörigen Zylinderbohrung 44 verbunden.
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Zwischen einem auf der Welle 18 aufgebrachten Sprengring 42
und einem Vorsprung 49 der die Welle 18 umschließenden Bohrung der Zylindertrommel
43 ist eine Feder 50 eingespannt.
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Beiderseits der zur Längsachse der Antriebswelle 18 senkrechten Radialebene
durch einen Punkt 55, in dem diese Längsachse von der durch die Mittelpunkte der
Kugelgelenke 47 gehenden Ebene geschnitten wird, ist die Zylindertromme143 über
eine Keilverzahnung 56 mit der Antriebswelle 18 drehfest, aber axial
verschiebbar verbunden. Außerdem liegt beiderseits dieser Radialebene ein in einem
ringförmigen Fortsatz 59 des Gehäusedeckels 11 angebrachter Lagerring
60 aus Bronze, in dem mit Spiel ein entsprechender ringförmiger Fortsatz 61 der
Zylindertrommel 43 umläuft. Außerdem liegt gegen den Fortsatz 59 des Gehäusedeckels
11 axial ein Lagerring 62 eines Axial-Rollenlagers 63 an, dessen andere Lauffläche
von einer ringförmigen Stufenfläche 64 der Zylindertrommel 43 gebildet wird.
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Die Zylindertrommel 43 hat einen kugelringförmigen Vorsprung 65, dessen
Kugelmittelpunkt der Punkt 55 ist, um im Betrieb der Maschine eine möglichst geringe
Bewegung einer auf dem Vorsprung 65 sitzenden Haltescheibe 66 zu erreichen, welche
die Gleitschuhe 48 formschlüssig gegen die Schiefscheibe 15 hält. Die Dicke
des Lagerrings 62 ist so gewählt, daß die Gleitschuhe 48 das richtige Spiel
gegenüber der Schiefscheibe 15 haben. Da die Haltescheibe 66 und die Gleitschuhe
48 ständig im Öl umlaufen und daher keine hohen Temperaturen annehmen können, ist
ihre Wärmedehnung sehr klein. Auch die Wärmedehnung der Schiefscheibe 15 kann nicht
groß werden, da ihre Erwärmung verhältnismäßig gering ist. Die gesamte Wärmedehnung
von Schiefscheibe 15, Gleitschuhen 48 und Haltescheibe 66 wirkt zwischen dem rechten
Ende der Schiefscheibe 15 und einem Punkt 69, in dem die gedachte Querebene der
Haltescheibe 66 die Wellenachse schneidet. Umgekehrt erwärmt sich auch der Gehäusedeckel
11 und dehnt sich zwischen den genannten Punkten ebenfalls um etwa den gleichen
Betrag aus. Das Axiallager 63 wird also zweckmäßigerweise in die zur Wellenachse
senkrechte Querebene durch den Punkt 69 oder in ihre unmittelbare Nähe gelegt, da
sich dann die Wärmedehnungen der genannten Elemente gegenseitig kompensieren und
die Gleitschuhe 48 ihr eingestelltes Spiel gegenüber der Schiefscheibe 15 beibehalten.
Selbstverständlich kann durch die Auswahl geeigneter Werkstoffe mit entsprechenden
Wärmeausdehnungskoeffizienten der Kompensationsvorgang unterstützt werden, soweit
diese Werkstoffe die für die Maschine erforderlichen sonstigen Eigenschaften haben.
Eine einmalige Einstellung des Spiels genügt, da bei hydrostatisch abgestützten
Gleitschuhen eine Abnützung im Betrieb praktisch nicht festzustellen ist. Im Betrieb
der Axialkolbenmaschine, z. B. als Pumpe, wird je nach Drehrichtung in bekannter
Weise Druckmittel durch eine der Anschlußöffnungen 40, 41 angesaugt und durch
die andere zu einem Verbraucher gefördert.
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Wenn man annimmt, daß in der Anschlußöffnung 40 Förderdruck herrscht,
wirkt dieser auch in dem von der Wellenfeder 36 ausgefüllten Spalt zwischen dem
Hohlkolben 34 und der Aussparung 38. (Die Wellenfedern 36 und 37 dienen ebenso wie
die Feder 50 zum Erzeugen einer Anpreßkraft, solange kein Druck vorhanden ist.)
Durch den Druck auf den Hohlkolben 34 wird dieser gegen die Bodenfläche 26 gepreßt
und dichtet gegen sie ab, und durch den Druck gegen die Aussparung 38 wird die Steuerspiegelscheibe
31 gegen die Zylindertrommel 43 und diese wiederum gegen das Axiallager
62, 63, 64 gepreßt.
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Die Längsbohrung 53, die Bohrung 51 und die Drossel 52 dienen dazu,
beim Förderhub den Druck in der Zylinderbohrung 44 in das hydrostatische
Druckfeld 54 zu übertragen.
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Bei niedrigen Drehzahlen wird die Zylindertrommel 43 nur von
der Antriebswelle 18 über die Keilverzahnung 56 abgestützt. Bei hohen Drehzahlen
biegt sich die Antriebswelle 18 unter der Wirkung der auf die Kolben 46 wirkenden
Fliehkräfte und der Radialkomponenten der Kolbenkräfte stärker durch, und die Zylindertrommel
43 wird noch zusätzlich durch den Lagerring 60 abgestützt, gegen den sich der ringförmige
Fortsatz 61 der Zylindertrommel 43 anlegt. Dieser Lagerring 60 dämpft
gleichzeitig etwaige Schwingungen der Zylindertrommel 43 (Gleitringdämpfung). Durch
das formschlüssige Anliegen der Gleitschuhe an der Schiefscheibe können sich diese
nicht von ihr abheben, welche Gefahr besonders bei hohen Drehzahlen groß ist.
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Die Axialkolbenmaschine nach F i g. 2 unterscheidet sich von derjenigen
nach F i g.1 nur durch die Verwendung eines Kegelrollenlagers 72, dessen innerer
Lagerring 73 auf dem ringförmigen Fortsatz 61 der Zylindertrommel 43 und dessen
äußerer Lagerring 74 im Gehäuse 10 liegt. Das Kegelrollenlager 72 liegt in der durch
den Punkt 55 gehenden Querebene und nimmt sowohl die Axial- wie die Radialkräfte
auf, die auf die Zylindertrommel 43 einwirken. Es ersetzt somit das Axiallager 63
und das Radiallager 60 der Anordnung nach F i g. 1. Diese Bauweise ist besonders
raumsparend. Die Abmessungen
der Antriebswelle können mit ihr klein
gehalten werden.
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Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 arbeitet genauso wie das Ausführungsbeispiel
nach F i g. 1. Auch hier kompensieren sich die Wärmedehnungen der kritischen Teile
gegenseitig, so daß das Spiel der Gleitschuhe 48 gegenüber der Schiefscheibe
15 im Betrieb unverändert bleibt.