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Einrichtung zum Verändern der Druckflüssigkeitsmenge einer Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verändern der Druckflüssigkeitsmenge
einer Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) durch Verändern der
Winkelstellung der Steuerspiegelscheibe gegenüber der sie antreibenden Taumelscheibe
mit Hilfe einer Steuerkraft.
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Es ist bereits eine Schiefscheiben-Axialkolbenmaschine mit rotierender
Zylindertrommel und mit einer Steuerspiegelscheibe bekannt, die gegenüber der Schiefscheibe
lediglich verdrehbar ist, um lärmerzeugende Stoßwellen zu vermeiden.
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Es ist ferner eine Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine mit stationärem
Zylinderblock bekannt, bei der die Steuerspiegelscheibe gegenüber der Taumelscheibe
lediglich innerhalb der Grenzen eines toten Gangs verdrehbar ist, jedoch nicht die
Druckflüssigkeitsmenge durch Verändern der gegenseitigen Winkelstellung beider Scheiben
mit Hilfe eines durch eine Steuerkraft gesteuerten Verbindungsantriebs geändert
werden kann.
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Schließlich ist bei einer bekannten Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine
eine Einrichtung der eingangs genannten Art mit einem Drehstab vorhanden. Wenn der
Auslaßdruck auf einen vorbestimmten Wert ansteigt, wird bei dieser Einrichtung durch
Verdrehen des Drehstabs eine Hilfssteuerscheibe in eine solche Stellung gebracht,
daß das Pumpen aufhört, bis der Druck abfällt, indem ein Auslaß in der Hilfssteuerscheibe
die Druckflüssigkeit in das Gehäuse zurückströmen läßt. Diese bekannte Einrichtung
ändert die Winkelstellung der Steuerspiegelscheibe nicht, sondern nimmt eine Drehung
zwischen einer ein- un6 ausgeschalteten Stellung vor, diese außerdem nur, wenn die
Maschine als Pumpe betrieben wird. Nur beim Pumpenbetrieb bewirkt der hohe Druck,
daß der Drehstab die Hilfssteuerscheibe gegenüber der Steuerspiegelscheibe verstellt,
während beim Motorbetrieb die Druckflüssigkeit an der Ausgangsseite der Steuerspiegelscheibe
einen niedrigen Druck aufweist, so daß der Drehstab die Hilfssteuerscheibe nicht
bewegen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Axialkolbenmaschine eine einwandfreie
gegenseitige Verdrehung der Taumel- gegenüber der Steuerspiegelscheibe und damit
eine stufenlose Änderung der Förder- bzw. Schluckmenge der Maschine zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art
gemäß der Erfindung gelöst durch eine Schraubverbindung zwischen Steuerspiegelscheibe
und Taumelscheibe. Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht die Einstellung
jeder gewünschten gegenseitigen Winkelstellung der beiden Scheiben, indem mittels
der Steuerkraft eine der Längsverschiebung der Schraube der Schraubverbindung proportionale
Verdrehung der Steuerspiegelscheibe erfolgt. Dadurch kann nicht nur beim Pumpenbetrieb
die Fördermenge proportional zum Förderdruck geändert werden, sondern auch die Drehrichtung
bei Motorbetrieb. Ein weiterer besonderer Vorteil der Einrichtung ist ihre geringe
Reibung.
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Zweckmäßigerweise kann die Schraube durch einen Druckflüssigkeitsschubtrieb
verdreht werden. Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden,
die einen Schnitt durch eine als Motor arbeitende Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine
gemäß der Erfindung zeigt.
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Das ebene Ende eines Motorgehäuses 10 stellt eine Arbeitsoberfläche
für eine umlaufende Steuerspiegelscheibe 15 dar. Diese arbeitet zwischen der ebenen
Fläche und der Endfläche eines gegen Drehung gesicherten Zylinderblocks 16. Eine
Taumelscheibe 21 ist in einer Motorhaube 11 gehaltert. Die Steuerspiegelscheibe
15 arbeitet auf ihrer Außenseite mit dem Ende 38 einer Hülse 39 und auf der Triebseite
mit der Fläche 40 eines Schubtriebs 41 zusammen. Eine Feder 42 befindet sich zwischen
dem Gehäuse 10 und der Hülse 39, die durch einen O-Ring 43 abgedichtet ist. Der
Schubtrieb 41 ist mit einem Stellkolben 44 durch einen Sprengring 45 verbunden
und durch einen O-Ring 46 abgedichtet. Der Stellkolben 44 ist mit zwei abgedichteten
O-Ringen 48 und 49 versehen. Eine Bohrung 50 im Schubtrieb 41 verbindet
einen Raum 51 mit einem Raum 52. Ein Raum 53 ist zwisehen
den abgestuften
Durchmessern des Stellkolbens 44 eingeschlossen und steht zur Entlüftung über eine
Bohrung 54 mit der Atmosphäre in Verbindung.
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Zwischen der Steuerspiegelscheibe 15 und der Taumelscheibe 21 ist
gemäß der Erfindung eine Einrichtung zum Verändern der Druckflüssigkeitsmenge (Schluckmenge),
der als Motor betriebenen Axialkolbenmaschine, durch Verändern der Winkelstellung
der Steuerspiegelscheibe gegenüber der sie antreibenden Taumelscheibe mit Hilfe
einer Steuerkraft angeordnet.
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Ein Ansatz 55 ist mit seinem Flansch 56 mit der Steuerspiegelscheibe
15 durch Stifte 57 und nicht dargestellte Bolzen verbunden. Der Ansatz 55 umgibt
den Raum 51, der durch die Bohrung 50 mit dem Raum 52 und einem Einlaß 58 verbunden
ist. Die Außenfläche des Ansatzes 55 arbeitet mit der Mittelbohrung des Zylinderblocks
16 zusammen und justiert diesen relativ zur Steuerspiegelscheibe 15. Ein Kolben
59 in einer Bohrung 60 des Ansatzes 55 bildet einen Druckflüssigkeits-Schubtrieb
und liegt mit seinem zylindrischen Ansatz 61 an der ebenen Stirnfläche einer Federführung
62 an. In Schlitzen 63 am Ende des Ansatzes 55 gleiten zylindrische Vorsprünge 64,
die an der Federführung 62 befestigt sind, die ihrerseits durch einen Stift 65 an
einer Mutter 66 befestigt sind. Eine Schraube 67 ist über die Reibung verringernde
Kugeln 68 mit der Mutter 66 verschraubt, die in der Taumelscheibe
21 gesichert ist. Eine Feder 69 ist zwischen der Mutter 66 und der Federführung
62 angeordnet und gewährleistet die Übertragung der Drehbewegung von der Taumelscheibe
21 auf die Steuerspiegelscheibe 15.
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Beim Betrieb des Motors wird in einen Hochdruckeinlaß 14 einströmende
Flüssigkeit über die Steuerspiegelscheibe 15 den Zylinderbohrungen 17 des Zylinderblocks
16 zugeführt. Die Druckflüssigkeit in den Zylinderbohrungen 17 übt über Kolben und
Kolbenstangen hydraulische Kräfte auf die schiefe Ebene der Taumelscheibe
21 und damit ein Drehmoment auf die Taumelscheibe 21 aus, so daß diese
rotiert. Die Drehbewegung der Taumelscheibe 21
wird auf die Steuerspiegelscheibe
15 durch die Schraubverbindung 55 bis 69 übertragen. Die aus den Zylindern17
austretendeNiederdruckflüssigkeit strömt über die Steuerspiegelscheibe 15 zu einem
Niederdruckauslaß 13. Das Abtriebsdrehmoment des Motors hängt vom Druck der Druckflüssigkeit
in den Zylindern 17 und von der Winkelstellung der schiefen Ebene der Taumelscheibe
21 gegenüber der Steuerspiegelscheibe 15 ab. Wenn die durch den höchsten und tiefsten
Punkt der schiefen Ebene verlaufende Achse der Taumelscheibe mit der die Steuerspiegelscheibe
15 in die Hoch- und Niederdruckzone unterteilenden Achse zusammenfällt, ist das
Abtriebsdrehmoment am größten, da die Schluckmenge des Motors am größten ist. Wenn
diese beiden Achsen gegeneinander verdreht werden, erfolgt eine entsprechende Verringerung
sowohl der Schluckmenge als auch des Abtriebsdrehmoments, bis die Achsen einen Winkel
von 90° bilden und die Schluckmenge sowie das Abtriebsdrehmoment gleich Null sind.
Eine weitere Verdrehung der Achsen über die 90°-Winkelstellung hinaus erhöht allmählich
die Schluckmenge und das Abtriebsdrehmoment, wobei die Drehrichtung der Abtriebswelle
sich ändert.
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Da die Einrichtung gemäß der Erfindung ein Drehmoment übertragen muß,
das dem keibungswiderstand der Steuerspiegelscheibe 15 entspricht, muß eine axiale
Kraft ausgeübt werden, um die Schraube 67 in einer bestimmten Stellung zu halten.
Diese Kraft muß gleich der Reaktion des übertragenen Drehmoments multipliziert mit
dem mechanischen Wirkungsgrad der Schraube 67 sein. In der Ruhestellung der Einrichtung
spannt die Feder 69 die Schraube 67 in ihrer Endstellung gegen einen Anschlag vor,
der durch den Ansatz 55 gebildet wird. In dieser Stellung ergibt sich eine solche
Winkelstellung der Taumelscheibe 21 gegenüber der Steuerspiegelscheibe 15, daß der
Motor ein maximales Abtriebsdrehmoment bei maximaler Schluckmenge erzeugt. Die Vorspannung
der Feder 69 und damit die auf die Schraube 67 ausgeübte Kraft werden so gewählt,
daß das maximale Drehmoment zur Steuerspiegelscheibe 15 übertragen werden kann,
ohne daß eine Verdrehung der beiden Scheiben auftritt.
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Der Feder 69 wirkt eine auf den Kolben 59 ausgeübte hydraulische Steuerkraft
entgegen, mit der die Schraubverbindung 55 bis 69 betätigbar ist. Zu diesem Zweck
wird unter einem Steuerdruck stehende Druckflüssigkeit vom Einlaß 58 über die Bohrung
50 zu dem Raum 51 zugeführt, der direkt mit der Bohrung 60 des Ansatzes 55 verbunden
ist. Wenn die hydraulische Steuerkraft je nach der Drehrichtung entweder die Summe
oder die Differenz der axialen Kraftkomponente des Drehmoments und der Vorspannung
der Feder 69 kompensiert, befindet sich die Schraubverbindung im Gleichgewicht.
Eine weitere Erhöhung des Steuerdrucks verschiebt die Schraube 67 aus ihrer Endstellung,
so daß die Feder 69 zusammengedrückt wird.
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Die Verschiebung der Schraube 67 bewirkt eine entsprechende
Zunahme der Verdrehung der Taumelscheibe 21 gegenüber der Steuerspiegelscheibe 15,
wobei der Wert der Zunahme von den Eigenschaften der Feder 69 abhängt. Bei einer
weiteren Erhöhung des Steuerdrucks, so daß die Winkelstellung 90° erreicht, werden
die Schluckmenge und das Abtriebsdrehmoment gleich Null. Eine weitere Verschiebung
der Schraube 67 kehrt die Drehrichtung des Motors um. Die Schluckmenge und das Abtriebsdrehmoment
nehmen den maximalen Wert an, wenn die Winkelstellung 180° erreicht. Mit der Änderung
der Drehrichtung bei überschreiten der Winkelstellung von 90° ändert die axiale
Kraftkomponente des durch die Schraubverbindung übertragenen Drehmoments ihre Richtung,
wodurch die von der Feder 69 aasgeübte Kraft verstärkt wird. Dies führt zu einer
stärkeren Steuerdruckzunahme pro Längeneinheit des Verschiebungsweges der Schraube
67. Die Änderung der Drehrichtung findet immer dann statt, wenn sich der Motor im
Ruhestand befindet, wodurch plötzliche Überlastungen vermieden werden. In dieser
Weise können das Abtriebsdrehmoment, die Schluckmenge und die Drehrichtung des Motors
durch die von dem Steuerdruck ausgeübte Steuerkraft geändert werden.
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Ein Einfluß des Steuerdrucks auf das hydrostatische Gleichgewicht
der SteuerspiegeIscheibe 15 wird durch die Zufuhr von Druckflüssigkeit unter dem
Steuerdruck in den Raum 52 vermieden. Die Druckfläche am vergrößerten Ende des Schubtriebs
41 hat nämlich denselben Wert wie die im Raum 52. Die Druckflächen des Schubtriebs
41, der Hülse 39 und des kleineren Endes des Stellkolbens 44, die dem Einlaßdruck
des Motors und dem Druckgradienten auf den abdichtenden Flächen ausgesetzt sind,
sind so
angeordnet, daß die hydraulischen Kräfte einander aufheben,
so daß die Steuerspiegelscheibe 15 über ihre abdichtenden Flächen im hydrostatischen
Gleichgewicht bleibt.
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Ein (nicht abgebildetes) Gestänge kann in der Böhrung 50 untergebracht
sein und mit dem Kolben 59 im Eingriff stehen, um durch eine mechanische Steuerkraft
die Schraube 67 zu verschieben und damit die Schluckmenge zu ändern.