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Die Erfindung betrifft einen Verbindungskanal zwischen einer der beiden
Steueröffnungen des Steuerspiegels und der dieser zugeordneten Ein- bzw. Auslaßöffnung
im Steuergehäuse einer Druckflüssigkeits-Axial- oder Radialkolbenmaschine mit umlaufender
Zylindertrommel.
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Die Druckflüssigkeit strömt beim Auswärtshub aus jeder stirnseitigen
Zylinderöffnung der Zylindertrommel in die Steueröffnung im Steuergehäuse. Dabei
ist die effektive Strömungsrichtung durch zwei Komponenten bestimmt, nämlich einerseits
durch die Strömungsgeschwindigkeit, mit der die Druckflüssigkeit parallel zur Zylinderachse
aus dem Zylinder verdrängt wird, und andererseits durch die Umfangsgeschwindigkeit,
die diese Öffnungen in der Zylindertrommel durch deren Rotation haben. Bei schnelllaufenden
Radial- und insbesondere Axialkolbenmaschinen ist diese Umfangsgeschwindigkeit groß.
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Die bekannten Verbindungskanäle zwischen den Steueröffnungen des Steuerspiegels
und den Zu- und Abflußöffnungen des Steuergehäuses weisen nicht einen sich erweiternden
Querschnitt auf, sondern haben durchweg über die gesamte Erstreckung der Steueröffnung
gleichbleibenden Querschnitt.
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Bei einer bekannten Maschine ist jede Steueröffnung zu einem großen,
im Querschnitt rechtwinkligen Druckraum erweitert, wobei in den Einlaßdruckraum
eine Trennwand hineinragt und der durch diese Trennwand abgeteilte Teilraum der
Steueröffnung über einen radial nach innen gerichteten Kanal und weitere an diesen
anschließende Kanäle mit einem Wärmetauscher verbunden ist (USA.-Patentschrift 3
223 047). Bei einer anderen Axialkolbenmaschine ist das Steuergehäuse als im wesentlichen
scheibenförmiger Körper ausgestaltet, der auf der der Zylindertrommel abgewandten
Seite eine Lagerung für die durchgehende Welle trägt. Mit Rücksicht auf diese konstruktive
Gestaltung sind die Zu- und Abflußkanäle von einer Seite her parallel zueinander
an die jeweils zugeordnete Steueröffnung in der Nähe von deren einem Ende angeschlossen
(französische Patentschrift 977 328). Demgegenüber sind bei anderen Axialkolbenmaschinen
der Zuflußkanal und der Abflußkanal im mittleren Bereich der Steueröffnung angeschlossen.
Das macht erforderlich, daß in jeweils einer Hälfte der Steueröffnung die Flüssigkeit
in Richtung von oder zum zugeordneten Zufluß- bzw. Abflußkanal entgegengesetzt der
Richtung strömt, mit der die Flüssigkeit infolge der Drehbewegung der Zylindertrommel
in die Steueröffnung eintritt. Bei einer bekannten Maschine dieser Art ist die dem
Einlaß zugeordnete Steueröffnung in radialer Richtung zu einer Kammer verbreitert
(französische Patentschrift 1384 784).
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Bei einer anderen Axialkolbenmaschine (USA.-Patentschrift 2 780170)
ist zur Verbesserung der Einströmung in die Zylindertrommel auf deren Welle ein
Schaufelrad vorgesehen, welches der zur Zylindertrommel strömenden Flüssigkeit eine
Geschwindigkeitskomponente in Umfangsrichtung erteilt. Die Anordnung eines solchen
Schaufelrades auf der durchgehenden Welle macht ein Abstützen der Zylindertrommel
auf einem feststehenden Mittelzapfen unmöglich. Das Schaufelrad nimmt Energie auf
und teilt sie der Flüssigkeit mit. Es wird nicht die vorhandene Strömungsenergie
durch günstige Kanalgestaltung ausgenutzt. Von dem Schaufelrad aus strömt die Flüssigkeit
zunächst gleichmäßig nach allen Seiten ab und muß dann zu der zugeordneten Steueröffnung
geführt werden. Diese Anordnung kann nicht gleichzeitig auch am Abflußkanal angewendet
werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, durch Ausnutzen der kinetischen Energie
der Umfangskomponente der Strömung die Strömungsenergieverluste zwischen dem Steuerspiegel
und der Einlaßöffnung bzw. der Auslaßöffnung des Steuergehäuses zu verringern.
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Zu diesem Zweck weist der Verbindungskanal gemäß der Erfindung einen
in Strömungsrichtung sich gleichmäßig vergrößernden bzw. verkleinernden, der Größtdurchflußmenge
angepaßten Durchfluß-Querschnitt auf. Das heißt, daß der Verbindungskanal am Anschluß
der Ein- bzw. Auslaßöffnung seinen größten Durchfluß-Querschnitt aufweist, der der
größten Durchflußmenge entspricht und sich von hier aus stetig bis auf einen kleinsten
Querschnitt verengt. Der mit der jeweiligen Einlaßöffnung verbundene Kanal verkleinert
sich somit in Strömungsrichtung gesehen, während der an die Auslaßöffnung anschließende
Verbindungskanal sich in Strömungsrichtung gesehen gleichmäßig erweitert. Da beim
Vertauschen von Einlaßöffnung und Auslaßöffnung sich auch die Strömungsrichtung
umkehrt, bleibt die Raumform des Kanals unabhängig davon, ob die an den Kanal angeschlossene
Öffnung des Steuergehäuses in dem jeweiligen Betriebszustand die Einlaßöffnung oder
die Auslaßöffnung ist. Die Form des Kanals ist somit auch unabhängig von der Drehrichtung
der Zylindertrommel.
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Durch den Verbindungskanal gemäß der Erfindung wird infolge von dessen
stetiger Querschnittserweiterung ein günstiger Strömungsverlauf erzielt, bei dem
die kinetische Energie der Flüssigkeit günstig auf die jeweils anschließende Bewegung
der Flüssigkeit abgestimmt wird, so daß die Strömungsenergie ohne weitere zusätzliche
bauliche Maßnahmen auf Grund der Kanalform ausgenutzt wird. Im Verbindungskanal
gemäß der Erfindung treten eine geringere Wirbelbildung als in den bekannten Kanälen,
geringere Energieverluste und verminderte Geräusche auf.
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In Weiterausgestaltung des Verbindungskanals gemäß der Erfindung bei
einer Kolbenmaschine, bei der der äußere Totpunkt immer am gleichen Trennsteg zwischen
den Steueröffnungen liegt, ist ein über der Steueröffnung spiralgehäuseförmiger
Verlauf des Verbindungskanals vorgesehen, wobei der kleinste der sich spiralgehäuseförmig
gleichmäßig verändernden Durchflußquerschnitte an dem dem inneren Totpunkt der Kolben
zugeordneten Trennsteg liegt.
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In einer anderen Weiterausgestaltung des Verbindungskanals gemäß der
Erfindung für eine Maschine, bei der der äußere Totpunkt je nach dem Betriebszustand
an jedem der beiden Trennstege zwischen den Steueröffnungen liegen kann, ist ein
spiralgehäuseförmiger Verlauf des Verbindungskanals beiderseits eines kleinsten
Querschnittes, der über der Mitte der Steueröffnung liegt, vorgesehen. Dadurch können
die Vorteile des Verbindungskanals gemäß der Erfindung auch zumindest weitgehend
bei einer Kolbenmaschine ausgenutzt werden, bei der der äußere Kolbentotpunkt sowohl
unter dem einen Trennsteg zwischen den Steueröffnungen wie auch in anderen Betriebszuständen
unter dem anderen Trennsteg zwischen den Steueröffnungen liegen kann.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
F i g. 1 zeigt die Abwicklung eines Schnittes längs
eines zur Umlaufachse koaxialen Zylindermantels durch die Mittellinie einer Steueröffnung
einer Axialkolbenmaschine, bei der der äußere Kolbentotpunkt stets unter dem gleichen
Trennsteg liegt; F i g. 2 zeigt einen ebensolchen Schnitt durch das Steuergehäuse
einer Kolbenmaschine, bei der der äußere Kolbentotpunkt in den einen Betriebszuständen
unter dem einen Trennsteg und in anderen Betriebszuständen unter dem anderen Trennsteg
liegt; F i g. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Steuergehäuse einer Axialkolbenmaschine
gemäß F i g. 2 mit den weiterführenden Kanälen; F i g. 4 zeigt eine Draufsicht auf
ein Steuergehäuse gemäß F i g. 2 mit einer anderen Ausgestaltung der weiterführenden
Kanäle; F i g. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Schwenkgehäuses mit einer
Kanalführung, wie sie in F i g. 3 in Draufsicht dargestellt ist.
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Die Zylindertrommel 1 weist dreizehn Zylinder 2 auf, wobei in jedem
Zylinder 2 ein Kolben 3 mittels einer Kolbenstange 4 verschiebbar ist. Die Zylindertrommel
l liegt am Steuerspiegel s des Steuergehäuses 6 an, in dem sich der Verbindungskanal
7 befindet, der nach beiden Seiten durch je einen Trennsteg 8 begrenzt ist. An den
Verbindungskanal 7 schließt sich der Anschlußkanal 9 an.
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Bewegt sich die Zylindertrommel l von in der Zeichnung links nach
rechts und ist die in der Zeichnung nicht mehr dargestellte Kolbenführungsebene
(Schief- oder Triebscheibe) so angeordnet, daß die Stirnflächen 10 der Kolben 3
sich in der dargestellten Weise von in der Zeichnung links nach rechts dem Steuerspiegel
5 nähern, wird aus den Zylindern 2 Flüssigkeit verdrängt, während sich diese Zylinder
mit der Zylindertrommel l von in der Zeichnung links nach rechts bewegen. Dabei
wird die Druckflüssigkeit in den Verbindungskanal 7 verdrängt und bewegt sich in
diesem zumindest annähernd in der gleichen Richtung, wie die Bewegungsrichtung,
mit der die Flüssigkeit aus den Mündungen der Zylinder 2 austritt. Diese Bewegungsrichtung
setzt sich zusammen aus einer Bewegungskomponente in Richtung der Umlaufbewegung
der Zylindertrommel l - also parallel zum Steuerspiegel 5 - und einer senkrecht
dazu stehenden Bewegungskomponente, die durch die Verdrängung aus den Zylindern
2 gegeben ist. Da der Verbindungskanal 7 sich von in der Zeichnung links nach rechts
stetig gleichmäßig erweitert, erfolgt nur eine geringe und stetige Umlenkung der
Flüssigkeitsströmung, die somit stetig übergeht in die Mündung des Kanals 9, wobei
die Kanalform sowohl die Strömungsrichtung wie auch die Anzahl der bis zum jeweiligen
Kanalquerschnitt mit dem Verbindungskanal 7 in Verbindung stehenden Zylinder 2 berücksichtigt.
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Läuft die Zylindertrommel l in entgegengesetztem Drehsinn um, also
von in der Zeichnung rechts nach links, und ist die Kolbenführungsebene in der gleichen
Weise angeordnet, wie an Hand der Stellung der Kolben dargestellt, so ist der Kanal
9 der an die Einlaßöffnung angeschlossene Kanal. Das heißt, daß die Druckflüssigkeit
von der Einlaßöffnung stetig durch den Verbindungskanal 7 mit nur geringer Umlenkung
in die Zylinder 2 strömt. Die kinetische Energie der Flüssigkeit im Kanal 9 wird
infolge dieser verlustlosen Umlenkung der Strömung günstig bei der weiteren Bewegung
in der Zylindertrommel ausgenutzt.
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Die verschiedenen Schnitte, die in verschiedenen, zueinander parallelen,
radialen Ebenen durch den Verbindungskanal ? gelegt sind, zeigen, daß dessen Durchfluß-Querschnitt
sich von in der Zeichnung links nach rechts stetig vergrößert. Die Schnittdarstellungen
machen deutlich, daß die Breite b des Verbindungskanals 7 dem Durchmesser b der
einzelnen Bohrungen in der Zylindertrommel entspricht, während die lichten Höhen
hl, h2, h3, ... des Verbindungskanals 7 in Richtung auf den Kanal 9 hin zunehmen.
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Der Schnitt durch das Steuergehäuse gemäß F i g. 2 läßt erkennen,
daß der Verbindungskanal 17 in der Mitte zwischen den beiden Trennstegen 8 seinen
kleinsten Durchfluß-Querschnitt aufweist, der in der durch diesen Querschnitt gelegten
Schnittdarstellung zu erkennen ist. An den Verbindungskanal 17 schließt in diesem
Fall an beiden Seiten je ein Kanal 19 an, wobei die beiden an jeweils eine
Steueröffnung 21 angeschlossenen Kanäle 19, wie in F i g. 3 zu erkennen ist, im
weiteren Verlauf jeweils in einer Leitung 22 fortgesetzt sind und zu einem Kanal
12, der je nach der jeweiligen Funktion Zufluß-oder Abflußkanal ist, zusammengeführt
sind. Je nach der der Axialkolbenmaschine gegebenen Einstellung der Kolbenführungsebene
ist jeweils einer der beiden in den F i g. 2 und 3 zu erkennenden Kanäle 12 der
Zuflußkanal und der andere der Abflußkanal. Die obere Wand 11 des Verbindungskanals
17 ist in der Mitte sattelförmig eingedrückt, wobei sich der Verlauf dieser oberen
Wand 11 etwa in der Art konstruieren läßt, daß man eine Zeichnung gemäß F i g. 1
mit einer spiegelbildlichen Wiedergabe derselben Zeichnung übereinanderlegt, wobei
die jeweils obere der beiden sich in der Mitte überschneidenden Stirnwandlinien
als die gültige durchkonstruiert wird und am Überschneidungspunkt zweckmäßigerweise
eine Abflachung zur Vermeidung von Verwirbehungen vorgesehen wird. Auch in F i g.
2 sind in verschiedenen Schnittebenen Schnitte durch den Verbindungskanal 17 gelegt,
die den Verlauf der Größe von dessen Durchfluß-Querschnitt erkennen lassen.
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Die gemäß F i g. 4 an die Steueröffnungen 21 anschließenden Kanäle
sind so weit wie möglich tangential von den Steueröffnungen 21 abgeführt. Dabei
ist jeweils der Kanal 19 a so dicht wie möglich vom Steuerspiegel 5 abgeführt, während
der Kanal 19 b am Ende der Steueröffnung 21 hochgezogen und über den Kanal 19 a
hinweggeführt ist. Ebenso wie bei der Ausgestaltungsform gemäß F i g. 3 sind die
beiden jeweils an eine Steueröffnung 21 anschließenden Kanäle im weiteren Verlauf
zu einem gemeinsamen Kanal 12 zusammengeführt.
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In F i g. 5 ist an dem Schwenkgehäuse 18 der Steuerspiegel 5 zu erkennen
sowie die beiden Steueröffnungen 21. Der in F i g. 2 im Schnitt zu erkennende Verlauf
der oberen Innenwand 11 in dem Kanalgehäuse 16 ist in F i g. 5 an der gestrichelten
Linie zu erkennen. An beiden Enden jeder Steueröffnung 21 schließt ein Kanal
19 an, der sich jeweils in einem Kanal 22 fortsetzt. Die beiden einer Steueröffnung
21 zugeordneten Kanäle 22 sind jeweils in einem Kanal 12 zusammengeführt. Von den
beiden Kanälen 12 ist jeweils einer Zuflußkanal und der andere Abflußkanal. Welcher
der beiden Kanäle 12 Zuflußkanal und welcher Abflußkanal ist, ist abhängig von
der
Ausschwenkrichtung des Schwenkgehäuses 18. Die Kanäle 12 münden in der bei Schwenkgehäusen
üblichen Weise an Drehdurchführungen.