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"Druckflüssigkeits-Schiefscheiben-Axialkolbenpumpen oder -motoren
mit umlaufender Zylindertrommel" Die Erfindung besicht sich auf Druckflüssigkeits-Schiefscheiben-Axialkolbenpumpen
oder -motoren mit unlaufender Zylindertrommel, welche sich auf der Welle abstützt
und damit eine von der axialen Kolbenkraft und dem Neigungswinkel der Schiefscheibe
erzeugte Radi@lkraft auf die Welle überträgt und diese auf Biegung beansprucht,
wobei die Welle an einer Stelle durch das auftretonde maximale Biege- und Dr@hmon@nt
beansprucht und auf beiden Seiten der Zylindertrommel durch je eine Lagerung getragen
wird.
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Es sind @onstruktionen bekannt, bei de@en die Abstützung der Zylindertrommel
auf der Welle und die Übertragung des Drehmomentes swischen Welle und Zylindertrommel
am Angriffspu@kt der resultierenden Kolbenkraft erfolgt.
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Diese haben den M@@hteil, daß die Welle an der Stelle ihres größte@
Biegemmentes auch d@s velle Drehm@@@ent übertrage@ muß, Dieser Machteil wird dadurch
verstärkt, daß eine besondere kräftige Ausbildung der Welle am dieser Stelle @us
konstruktivem Gründen nicht möglich ist. Die sich aus Biegung und Verdrehung zusammensetzende
Bo@nspruchung wird daher an dieser
Stelle so hoch sein, daß eine
Leistungsbegrenzung der Axialkolbenmaschine hierdurch herbeigeführt wird.
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Weiterhin sind Konstruktionen bekannt, bei denen der oben beschriebene
Nachteil dadurch beseitigt wird, daß die Zylindertrommel separat an ihrem äußeren
Umfang an der Stelle des Angriffspunktes der Radialkraft gelagert ist. Da die Radialkraft
von diesem Lager aufgenommen wird, wird die Welle nicht auf Biegung beansprucht.
Der Nachteil dieser Konstruktionen liegt aber darin, daß zu den Wellenlagern noch
ein zusätzliches, relativ großes Lager vorhanden sein muß, das nur eine relativ
niedrige Drehzahl zuläßt und dadurch ebenfalls eine Leistungsbegrenzung der Axialkolbenmaschine
herbeiführt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile
eine Axialkolbenmaschine mit geringem Leistungsgewicht zu erstellen.
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Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß deren Antriebswelle
durch Drehmoment und Biegemoment verteilt kelastet ist, derart, daß die Momente
in ihrem Maximum auf zwei verschiedene Stellen der Welle wirken. Die Lagerung der
Antriebswelle erfordert dabei den gering@t@öglichen Auf@and.
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Eine spesielle Lösung der Aufgabe besteht darin, daß der An-oder Abtrieb
auf der der festen oder einstellbaren Schi@fscheibe gegenüberliegenden Steuerspiegelseite
der Axialkelbeneinheit erfolgt und die Übertragungsel@x@nte für des Fr@@-moment
zwischen Antriebswelle und Zylindertrommel einem Abstand bilden von dem Schnittpunkt
zwischen Wellenachse und der Verbindungslinie der Mittelpunkte der an d@n Kolben
angebrachten Kugeln bzw. Kugelabschnitte. Diese können im übrig@n konvex oder konkav
sein.
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In der Zeichnung ist in den Abb. 1 bis 3 die bekannte Konstruktion
erläutert,
während die Abb. 4 bis 6 die erfindungsgemäße Ausführung behandeln. Nach Abb. 1
gleiten die Kolben 1 in den Zylinderbohrungen 2 der Zylindertrommel 3 und stützen
sich über Gleitschuhe 4 auf der Schiefscheibe 5 ab. Führt nun die auf beiden Seiten
der Zylindertrommel durch je eine Lagerung 6, 7 getragene Welle 8 und die mit ihr
drehfest verbundene Zylindertrommel 3 eine Drehbewegung aus, so erzeugt der Neigungswinkel
α der Schiefscheibe 5 einen Kolbenhub, der seine Umkehrpunkte in den gezeichneten
Kolbenstellungen von Abb. 1 hat. Werden nun die sich auf der Druckseite befindlichen
Kolben mit einem hydrostatischen Druck beaufschlagt, so wird eine resultierende
Kolbenkraft Pk erzeugt, die sich ergibt zu Pk = p # Fk eff Hierin bedeutet p den
hydrostatischen Druck und Fk eff die Summe aller Flächen der sich auf der Druckseite
befindenden Kolben.
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Da sich die Kolbenkraft Pk auf der Schiefscheibe abstützt, wird durch
den Neigungswinkel α der Schiefscheibe eine Radialkraft Pr erzeugt, die sich
zu Pr = Pk # tanα ergibt. Diese Radialkraft wird von den Kolben über die Zylindertrommel
auf die Welle übertragen, so daß die Welle auf Biegung beansprucht wird. Das größte
sich ergebende Biegenoment tritt dabei an der Stelle des Angriffspunktes A der Radialkraft
Pr auf (Abb. 2).
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Um eine einwandfreie Einstellung der Zylindertrommel 3 auf den Steuerspiegel
9 zu erreichen, ist es erforderlich, die Zylindertrommel am Angriffspunkt A der
Radialkraft Pr auf der Welle abzustützen. Da durch diese Maßnah@e die Radialkraft
Pr
nicht an einem Hebelarn angreift, erzeugt sie kein Moment, das zu einer Verkantung
der Zylindertrommel führen würde. Die Verbindung zwischen Welle und Zylindertrommel
erfolgt im allgemeinen durch ein Zahnwellenprofil, das der besseren Einstellmöglichkeit
wegen oft leicht ballig ausgeführt ist.
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Die Ausbildung der erfindungsgemäßen Ausführung ist, wie Abb. 4 zeigt
derart, daß in an sich bekannter Weise die Zylindertrommel 10 starr auf der Welle
befestigt ist und die Einstellung auf die Planfläche des Steuerspiegels 11 von einem
räumlich von der Zylindertrommel getrennten, aber drehfest mit ihr verbundenen Zylinderboden
12 vorgenommen wird, der über federbelastete Verbindungsbüchsen 13 druckdicht mit
den Zylinderbohrungen 14 der Zylindertrommel 10 verbunden ist.
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Um das Antriebsdrehmoment beim Pumpenbetrieb bzw. das Abtriebsdrehmoment
bei Motorbetrieb nicht über die Stelle des Angriffspunktes A der Radialkraft Pr
und damit nicht über die Stelle des größten Biegemomentes (Abb. 5) leiten zu müssen,
wird die auf beiden Seiten der Zylindertrommel 10 durch je eine Lagerung 15, 16
getragene Welle 17 auf der der Schiefscheibe 18 gegenüberliegenden Seite des Steuerspiegels
11 aus dem Gehäuse 19 herausführt. Die Übertragung des Drehmomentes zwischen Welle
17 und Zylindertrommel 10 erfolgt andererseits in einem Bereich, der von der Stelle
des größten Biegemomentes einen gewissen Abstand hat (Abb. 6), so daß die sich hier
aus Biegung und Verdrehung zusammensetzende Beanspruchung der Welle keinen Höchstwert
mehr ergibt, sondern kleiner ist als die nur durch das Biegemoment erzeugte Beanspruchung
im Bereich des größten Biegemomentes.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, daß aus Gründen einer höheren Wellenbelastbarkeit
in dem auf Biegung beanspruchten Teil der Welle neben den scharfkantigen Muten der
zur axialen Fixierung
der Zylindertrommel 10 dienenden Sicherungsringe
20, 21 geeignete Entlastungsnuten 22, 23, 24 angebracht sind, die eine Verringerung
der durch die scharfkantigen Nuten erzeugten Kerbspannungen bewirken.
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Diese Erfindung seigt einen Weg zur Möglichmachung einer höheren Wellenbelastung,
ohne daß hiermit eine Drehzahlbegren@ung durch den zusätzlichen Einbau von einem
relativ großen Radiallager in Kauf genommen werden muß. Da bekanntermaßen die Leistung
einer hydrostatischen Maschine gleich dem Produkt aus Fördermenge mal Druck und
die Fördermange proportional der Drehzahl ist, kann durch eine Erhöhung des Arbeitsdruckes
eine Leitsungssteigerung erzielt werden, ohne daß durch eine Drehzahlverminderung
sich die Leistung verringert.
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Die sich aus der Druckerhöhung ergebende höhere Radialkraft Pr erzeugt
zwangsweise ein größeres Biegemoment, das die Welle im erhöhten Maße auf Biegung
beansprucht. Weiterhin wird die Welle durch das auftretende Drehmoment, das sich
ebenfalls durch eine Erhöhung des Arbeitsdruckes vergrößert, auf Verdrehung beansprucht.
Eine höhere Druckbelastbarkeit von Schiefscheiben-Axialkolbenpunpen oder -motoren
ist daher möglich, wenn maximales Biegemoment und maxinales Drehmoment in einem
großen Abstand voneinander auftreten, so daß die sich aus Biegung und Verdrehung
zusammensetzende Wellenbeanspruchung keinen Höchstwert mehr ergibt. Die sich nur
aus dem Biegemoment ergebende Beanspruchung im Bereich des Angriffspunktes A der
Radialkraft Pr wird daber in keinem anderen Teil der Welle mehr überschritten.
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- Patentansprüche -