DE1653388B2

DE1653388B2 - Hydraulische Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE1653388B2
Application number: DE19671653388
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7015 Korntal Nonnenmacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1967-10-21
Filing date: 1967-10-21
Publication date: 1975-04-24
Also published as: DE1653388A1

Description

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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 Verdrängsrkörpers gelangt und dort ein hydrostatisches Druckfeld aufbaut.

Eine derartige Arbeitsmaschine ist aus der britischen Patentschrift 8 19 570 bekannt. Diese Anordnung hat den Zweck, den Einfluß der am Verdrängerkörper wirkenden hydraulischen Kräfte mit Hilfe des am Fuß erzeugten hydrostatischen Druckfeldes auszugleichen. Das Ventil übt lediglich die Funktion 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 Gattung zu schaffen, bei der in jtdem Betriebszustand der Arbeitsmaschine die Wirkung von Massenkräfte in Hubrichtung auf die Anpreßkraft des Fußes des Verdrängerkörpers an die Kurvenscheibe ausgeglichen wird.

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 Verdrängerkörper die Federkraft unterstützt oder ihr entgegenwirkt.

Auch Massenkräfte, die durch von außen auf die Maschine aufgebrachte Beschleunigungen in Hubrichtung, beispielsweise in Flugzeugen, entstehen, werden ausgeglichen. Daraus resultiert einerseits eine Verminderung der Reibung zwischen der Kurvenscheibe und den Füßen der Verdrängerkörper, andererseits werden die Leckölvcrlustc geringer, wodurch der Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Arbeitsmaschine erhöht werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ausgedrückt.

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

Fi g. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch einen Verdrängerkörper mit einem Gleitschuh.

In Fig. 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 S gelagert ist. Diese hat an ihrem im Innenraum liegenden Teil eine Keilverzahnung6, mit der eine Zylindertrommel 7 verbunden ist.

Die eine Stirnseite der Zylindertrommel legt sich gegen einen im Innenraum des Gehäuses angeordneten Steuerspicgel 8. Auf einen mittleren Radius der Zylindertrommel sinci mehrere Bohrungen 9 (Ver-

drängungsräume) angeordnet, die parallel zur Achse der Rotorwelle verlaufen. In jeder Bahrung 9 ist ein Kolben 10 dicht und gleitend geführt. Er hat an seinem aus der Zylinderbohrung regenden Ende einen Kugelkopf 11 der in der Kugelpfanne 12 c eines Gleitschuhs 12 gelagert ist. Der Gleitschuh 12 hat an seiner Sohle eine Ausnehmung 12a, in die ein;: Bohrung 12^ mündet, die in der Gleitschuhachse verläuft und in der Kugelpfanne 12 c 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, gegenüberliegt. Jeder Kolben hat eine axiale Sackbohrung 14, die sich bis nahe an den Kugelkopf erstreckt. Vom Boden dieser Sackbohrung 14 verläuft eine Bohrung 15 mit wesentlich kleinerem Durchmesser durch den Kugelkopf 11. In der Sackbohrung 14 ist ein aus einem Schließglied 18 und einem ringförmigen Ventilsitz 20 bestehendes Druckhalteventil angeordnet. Der Ventilsitz 20 ist mit Hilfe eines Sprengrings 24 im Kolbeninnern befestigt.

An der im Kolbeninnern entstandenen Schulter 16 liegt eine Feder 17 an, deren anderes Ende am Kopf des Schließgliedes 18 abgestützt ist. Das Schließglied 18 hat eine kegelige Sitzfläche 19, die sich an den Ventilsitz 20 legt. An die kegelige Sitzfläche des Schiießgliedes schließt sich ein zylindrischer Fortsatz 21 an, der wenigstens eine über seine gesamte Länge verlaufende Abflachung 22 hat. Der Fortsatz 21 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 Rotorwelle 5 die Zylindertrommel zur Rotation. Die Schiefscheibe 13 steht fest. Die Kolben 10 stützen sich dabei über die Gleitschuhe 12 auf der Schiefscheibe 13 ab, wobei sie auf der Schiefscheibe gleiten.

Das der hydrostatischen Entlastung dienende Druckfeld in der Ausnehmung 12a des Gleitschuhs 12. dessen Fläche näherungsweise der Kolbenquerschnittsfläche gleich ist, wird über die Bohrung 126, die im Kolben angeordnete Bohrung 15, die Sackbohrung 14 und über das Ventil 17 bis 23 mit Druck beaufschlagt. Dieser 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 Druckfeldes am Gleitschuh und der Federvorspannung ergibt.

Beim Rotieren der Zylindertrommel 7 werden die Kolben in eine axiale, beschleunigte Hin- und Herbewegung versetzt, wobei das Ventil im Kolben der gleichen Beschleunigung 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 Längskraft infolge Schrägstellung 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, d. h., die

ίο hydraulische Entlastungskraft an der Gieitschuhsoiile 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 Zulaufdrucks die Gleitschuhe während der Beschleunigungsphase des Kolbens in Richtung auf die Schiefscheibe von dieser abheben, verhindert das

ao Ventil das Abfließen von Druckmittel aus dem Verdrängungsraum in das Gehäuse.

Unter der Annahme, daß die druckbeaufschlagte Gleitschuhfläche F₀₁ gleich der Kolbenfläche F_K ist, läßt sich vollkommener Massenausgleich erzielen,

as wenn die Forderung

Fv ~ Fk

eingehalten wird, wobei m_v die Masse des Ventilschließglieds, m_K die Masse des Kolbens, F_v die Ventilfläche und F_K die Kolbenquerschnittsfläche bedeuten. In der Praxis wird F_(U meist etwas kleiner als F_K gewählt. Dann muß das Masse-Flächen-Verhältnis in der Form

mv tnK

Fv Fgi

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 sogenannten Taumelscheibe, Radialkolbenmaschinen und Flügelzellcnmaschinen mit in Schlitzen gleitenden Flügeln; dabei muß das Ventil entsprechend der Erfindung im Flügel angeordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 Verdrängerkörpers gelangt und dort ein hydrostatisches Druckfeld aufbau!, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (17 bis 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 hydrostatischen Druckfeldes am Fuß des Verdrängerkörpers, und daß sich die Masse des Ventilschließglieds zur Ventilflächc 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 einerSchulter und an einem Sprengring abstützt.

4. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche des Schließgliedes (18) kegelig ausgebildet ist und einen sich an den Kegel anschließenden, zylindrischen Fortsatz (2f) mit wenigstens einer Aussparung (22) hat, der im Ventilsitzkörper (20) geführt ist.

5. Hydraulische Arbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil als kompakte Einheit in Patronenform ausgebildet ist und in den Verdrängerkörper eingepreßt, eingeschraubt, eingegossen, eingeklebt oder eingelötet ist.