DE1653388A1

DE1653388A1 - Hydraulische Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE1653388A1
Application number: DE19671653388
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Nonnenmacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-10-21
Filing date: 1967-10-21
Publication date: 1971-10-14
Also published as: DE1653388B2

Description

R,-Nr. 9005
16/10,1967 Vo/Wa

165338»

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

R OBiäRf BOSOH GMBH, Stuttgart W, Breitscheidstraße

Hydraulische Arbeitsmaachine

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Arbeitsmaschine mit einem Verdrängerkörper aufnehmenden Teil und einer Kurvenscheibe, die sich relativ zueinander bewegen, bei der sich die Verdrängerkörper an der Kurvenscheibe gleitend abstützen und jeder Verdrängerkörper einen Durchgang hat, in dem ein Ventil angeordnet ist, dessen Schließglied unter Federkraft an einem Ventilsitz anliegt, und das sich in Richtung zur Kurvenscheibe von seinem Ventilsitz abzuheben vermag, wobei über den Durchgang. Druckmittel vom Verdrängungsraum an den Fuß des Verdrängerkörpere gelangt und dort ein hydrostatisches Druckfeld aufbaut.

J31ne derartige Arbeitsmaschine ist aus der britischen Patentschrift 819 £70 bekannt» Diese Anordnung hat den Zweck, den JSinfluö der· am Verdränger körper wirkenden hydraulischen Kräfte

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Robert Bosch GmbH . R.~Nr. 9ÖÖ5 Vo/Wa

Stuttgart

rait Hilfe des am Fuß erzeugten hydrostatischen Bruckfeldes auszugleichen. Das· Ventil übt lediglich die Punktion eines Rückschlagventils aus, über welches im leerhub das zuvor im Arbeitshub notwendigerweise von dem Pumpenelement (z.B. Stufenkolben) in das LeckÖl geförderte und nun fehlende Volumen wieder ersetzt wird. " .

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß der Einfluß der.Massenkräfte, die beim Beschleunigen der Verdrängerkörper in deren Hubrichtung entstehen, nicht ausgeglichen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Arbeitsmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die gegenüber den bekannten hydraulischen Arbeitsmaschinen einen höheren Wirkungsgrad und eine höhere Lebensdauer aufweist.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß das Ventil als Druckhalteventil ausgebildet ist, das stets einen Differenzdruck zwischen dem Verdrängungsraum und dem hydrostatischen Druckfeld erzeugt, der sich zusammensetzt aus einem durch die Kraft der Feder gegebenen konstanten Anteil und einem durch die beim Beschleunigen oder Verzögern der Verdrängerkörper am Schließglied wirkenden Massenkräfte gegebenen veränderlichen Teil, der je nach der Beschleunigungsrichtung der Verdränger körper die Federkraft unterstützi; oder ihr entgegenwirkt. ' ;

Das hat den Vorteil, daß durch das Druckhalteventil, dessen Differenzdruck sich jeweils im Bewegungsrhythmus des Ver- \ drängerkörpers ändert, der Druck im hydrostatischen Druckfeld am Fuß des Verdrängerkörpers so bemessen ist, daß in jedem Betriebszustand der Arbeitsmaschine die Wirkung der Massenkräfte in Hubrichtung auf die Anpreßkraft des Fußes des Verdrängerkörpers an die Kurvenscheibe ausgeglichen wird. Auch Massenkräfte, die durch von außen auf die Maschine aufge-? brachte Beschleunigungen in Hubrichtung, beispielsweise in Flugzeugen, entstehen, werden ausgeglichen. Daraus resultiert

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Robert Bosch GmbH H.-Nr. 9005 ' Vö/we

Stuttgart ."■■■"■

einerseits eine.Verminderung der Reibung zwischen der Kurven- ■ scheibe und den Füßen der Verdrängerkörper, andereraeits werden die Leckölverluste geringer, wodurch der Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Arbeitsmaschine erhöht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.

Ein Ausführungsbeispiel des. Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in;

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Pig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine, Pig. 2 einen Längsschnitt durch einPverdrängerkörper mit einem Gleitschuh.

In Pig. 1 ist mit 1 das Gehäuse einer Axialkolbenmaschine bezeichnet, das einen Innenraum 2 hat. In Längsrichtung des; Gehäuses und im Innenraum sind zwei Wälzlager 3 und 4 angeordnet, in denen eine Rotorwelle 5 gelagert ist. Diese hat an ihrem im Innenraum liegenden Teil eine Keilverzahnung 6, mit der eine Zylindertrommel 7 verbunden ist.

Die eine Stirnseite der Zylindertrommel legt sich gegen einen im Innenraum des Gehäuses angeordneten Steuerspiegel 8. Auf einem mittleren Radius der Zylindertrommel sind mehrere Bohrungen 9 (Verdrängungsräume) angeordnet, die parallel zur Achse der Rotorwelle verlaufen. In jeder Bohrung 9 ist ein Kolben 10 dicht und gleitend geführt. Er hat an seinem aus der Zylinderbohrung ragenden Ende einen Kugelkopf 11, der in der Kugelpfanne 12c eines Gleitschuhs 12 gelagert ist. Der Gleitschuh 12 hat an seiner Sohle eine Ausnehmung 12a, in die eine Bohrung 12b mündet, die in der Gleitschuhachse verläuft und in der Kugelpfanne 12c endet. Der Gleitschuh 12 ist mit seiner Sohle auf einer im Innenraum 2 angeordneten Schiefscheibe 13 abgestützt, die dem Steuerspiegel 8, bezogen auf die Stirnseite der Zylindertrommel, gegenüber liegt. Jeder* Kolben hat eine axiale Sackbohrung 14, die sich bis nahe' an den Kugelkopf erstreckt. Vom Bo-

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ien dieser Sackbohrung H verläuft eine Bohrung 15 mit wesentlich kieiner-effl Durchmesser durch.den Kugelkopf 11. In der Sackj.brnrag 14 ist ein aus einem Schließglied 18 und einem ringförmigen. Ventilsitz 20 bestehendes Druckhalteventil angeordnet, Z;?r Ventilsitz 20 ist mit Hilfe eines Sprengrings 24 im Kolbenbefestigt. ." . -.""._-

nn der im Kolbeninnern entstandenen Schulter 16 liegt eine Feder ■7 an, deren anderes Ende am Kopf des Sehließgliedes 18 abgestütat ist» Das Schließglied 18 hat eine kegelige Sitzfläche :9_S die sich an den ?entilsitz 20 legt* An die kegelige Sitzfläche des Schließgliedes schließt sich ein zylindrischer Fortsatz 21 an, der wenigstens eine über seine gesamte Länge verlaufende Abflachung 22 hat* Der Fortsatz 24 ist in einer Bohrung 23 des Ventilsitzkörpers geführt. Das Ventil öffnet sich in Richtung auf den Kugelkopf,

Arbeitet die hydraulische Arbeitsmaschine als Pumpe und-wird sie' durch einen nicht dargestellten· Motor angetrieben, so bringt die SotoTwel-le 5 die Zylindertrommel zur Rotation. Die Schiefscheibe 15 steht fest. Die Kolben 10 stützen sich dabei über die Gleitschuhe 12 auf der Schiefscheibe 1J ab, wobei sie auf der Schiefscheibe gleiten,

Bas der hydrostatischen Entlastung dienende Druckfeld in der Ausnehmung 12a des Gleitschuhs 12, dessen Fläche näherungsweise der Kolbenquerschnittsfläche gleich ist, wird über die Bohrung 12b, die im Kolben angeordnete Bohrung 15, die Sackbohrung 14 und über das Ventil 17 - 23 mit Druck beaufschlagt/ flieser Druck liegt um den durch die Schließkraft des Ventils bestimmten Differenzdruck unter dem im Verdrängungsraum der Pumpe herrschenden Druck. Dadurch kommt eine andauernde leichte Anpressung des Gleitschuhs 12 an die Schiefscheibe 13 zustande, deren Größe sich aus der Fläche des hydrostatischen Druckfelds am Gleitschuh und der Federyorspannung ergibt.

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Beim Rotieren der Zylindertrommel 7 werden die Kolben in eins axiale,, beschleunigte Hin-und Herbewegung ,versetzt, wobei das Ventil im Kolben der gleichenBeschleunigung unterliegt, wie der Kolben selbst.

Beim Beschleunigen des druckbeaufschlagten Kolbens 10 in Richtung auf den Steuerspiegel 8 wird die Anpreßkraft des Kolbens auf die Schiefscheibe 13 um die am Kolben wirkende Massenkraft vergrößert. (Die Änderung der Iiähgskraft. infolge Söhrägatellimg der Schiefscheibe ist vernachlässigbar klein). Die am Schließglied 18 wirkende Massenkraft ist der Kraft der Feder 17 entgegengesetzt, so daß sich das Ventil leichter öffnen läßt, wodurch sich der Differenzdruck am Ventil und damit auch die hydraulische Differenzkraft am Kolben erniedrigen _f das heißt, die hydraulische Entlastungskraft an der Gleitschuhsohle wird erhöht, womit die durch die Massenkraft am Kolben bewirkte Erhöhung der Anpreßkraft ausgeglichen wird. Eine Beschleunigung des Kolbens in Richtung auf die Schiefscheibe hat sinngemäß die umgekehrten Folgen. . .

In den Fällen, in welchen sich infolge sehr niedrigen Zuläufdrucks die Gleitschuhe während der Beschleunigungsphase des Kolbens in Richtung auf die Schiefscheibe von dieser abheben, verhindert c
VerdrängungE

as Ventil das Abfließen von Drückmittel aus dem (t raum in das Gehäuse.

Unter der Annahme, daß die druekbeaufschlagte Gleitschuhfläche F_ß* gleich cer Kolhenflache F_K ist, läßt sich vollkommener Massenausgleich erzielen, wenn die Forderung

eingehalten!wird, wobei m«, die Masse des Ventilschließglieds, m_K die Masse des Kolbens, F» die Ventilfläche und F„ die Kolben querachnitttrflache bedeuten. In der Praxis wird Fg₁ meist etwas

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Stuttgart

kleiner als F₁₂. gewählt. Dann muß das Masse*flächen-Verhältnis

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verwendet werden.

Zum vollkommenen Ausgleich der Massenkräfte ist es auch notwendig, daß die Federkraft die Massenkraft am Ventil auch bei größter Drehzahl und größtem Anstellwinkel der Schiefscheibe übersteigt.

Grundsätzlich ist Jedes Ventil, mit dem sich die-Masse-Flächen— Bedingung erfüllen läßt, zur Verwirklichung der Erfindung geeignet. Bei Maschinen mit rotierendem Pumpenkörper ist es zweckmäßig, insbesondere bei hohen Drehzahlen, daß der Schwerpunkt des Ventilschließkörpers innerhalb des geführten Teils des Ventilschließkörpers und auf dessen Achse liegt, um ein Verklemmen des Ventils zu verhindern.

Als Hydraulikmaschinen kommen beispielsweise in Frage:

Axialkolbenmaschinen mit rotierender Zylindertrommel und feststehender Schiefscheibe, Axialkolbenmaschinen mit feststehender

Zylindertrommel und umlaufender Schrägscheibe, d.h. einer, söge- _;

nannten Taumelscheibe, Radialkolbenmaschinen und Flügelzellen- ~\

maschinen mit in Schlitzen gleitenden Flügeln; dabei muß das Γ

Ventil entsprechend der Erfindung im Flügel angeordnet sein. · !

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Claims

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' ·^; - * Ansprüche .. · -^

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(T^ Hydraulische Arbeitsmaschine mit einem Verdrängerkörper · aufnehmenden !Deil und einer Kurvenscheibe, iiie sieh relativ zueinander bewegen, bei der sich die Verdrängsikörper an ■ der Kurvensciieibe gleitend abstützen und jeasr? Terdrängerkörper einen Durchgang hat, in dem ein Ventil angeordnet ist, dessen Schließglied unter Federkraft an sinsia Tentileitz anliegt, und das sich in Richtung zur Kurvenscheibe von seinem Ventilsitz abzuheben vermag, wobei über den Burchgang Druckmittel vom Verdrängungsraum an den Fuß des Terdrängerkörpers¹ gelangt und dort ein hydrostatisches Druckfeld aufbaut,, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (1?> 23} als Druckhalteventil ausgebildet ist, das stets einen Differenzdruck zwischen dem Verdrängungsraum und dem hydrostatischen Druckfeld erzeugt, der sich zusammensetzt aus einem durch die Kraft der Feder (17) gegebenen konstanten Anteil und einem durch- die beim Beschleunigen oder Verzögern der Verdrängerkörper (10) am Schließglied (18) wirkenden Massenkräfte gegebenen veränderlichen Teil, der je nach der Beschleunigungsrichtung der Verdrängerkörper die Federkraft unterstützt oder ihr entgegenwirkt.
2. Hydraulische Arbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des Verdrängerkörpers mindestens nahezu gleich, ist wie die Fläche des

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Robert Bosch GmbH . R.-Ir. 9005 Vo/Wa

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hydrostatischen Druckfeldes am Fuß des Verdrängerkörpers,
und daß sich die Masse des Ventilschließglieds zur Ventilfläche verhält, wie die Masse des Verdrängerkörpers zur
Fläche des hydrostatischen Druckfelds am Fuß des Verdrängerkörpers.
3. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder

2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (20) als Ring ausgebildet ist und sich im Verdrängerkörper (10) an einer Schulter und an einem Sprengring abstützt.
4. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung zwischen Ventilsitz und Verdrängerkörper durch ein radial oder axial angeordnetes endloses Dichtelement erfolgt.
5. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche des Schließgliedes (18) kegelig ausgebildet ist und einen sich an den. Kegel-anschließenden, zylindrischen Fortsatz (21) mit wenigstens einer Aussparung (22) hat, der im Ventilsitakörper (20} geführt ist. ·
6. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als kompakte Einheit in Patronenform ausgebildet ist und in den Verdrängerkörper eingepreßt, eingeschraubt, eingegossen _t eingeklebt

oder eingelötet ist« ,,

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