DE1919510A1 - Axialkolbeneinheit - Google Patents

Axialkolbeneinheit

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DE1919510A1
DE1919510A1 DE19691919510 DE1919510A DE1919510A1 DE 1919510 A1 DE1919510 A1 DE 1919510A1 DE 19691919510 DE19691919510 DE 19691919510 DE 1919510 A DE1919510 A DE 1919510A DE 1919510 A1 DE1919510 A1 DE 1919510A1
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piston
pistons
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axial
piston unit
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DE19691919510
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Inventor
Friedhelm Schwarz
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/14Pistons, piston-rods or piston-rod connections
    • F04B53/148Pistons, piston-rods or piston-rod connections the piston being provided with channels which are coacting with the cylinder and are used as a distribution member for another piston-cylinder unit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0005Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having two or more sets of cylinders or pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0082Details
    • F01B3/0085Pistons

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)

Description

  • Titel: A x i a 1 k o 1 b e n e i n h e i t Axialkolbeneinheiten finden im Maschinenbau ein breites-Anwendungs gebiet. Sie werden sowohl als Pumpen als auch als Motoren eingesetzt. Ein großer Vorteil ist z.B. bei der Verwendung als Motor das kleine Massenträgheitsmoment im Vergleich zu anderen Antriebsarten, so daß jederzeit eine relativ kurze Zeit zum Umschalten der Drehrichtung gewährleistet ist.
  • Die b@sher bekannten Konstruktionen für Axialkolbeneinheiten kann man in Bezug auf ihr Steuerungssystem in 3 Gruppen unterteilen: 1. Flochschiebersteuerung (siehe z.B. Chuimowitsch : Olhydraulik, Grundlagen und Anwendung, 6. Auflage, Seite 178, Bild 121c oder Beien: Axialkolbeneinheiten Prospekt-Nr. 50-867).
  • 2. Drehschiebersteuerung (siehe z.B. Chaimowitsch, a.a.O., Seite 177, Bild 121b oder-Düsterloh : Langsamlaufende Hydromotoren Typ KM 25/5 bis KM 80/5,Blatt 11-400/11-423).
  • Bei diesen beiden Steuerungsarten befindet sich entweder das Kolbengehcuse oder das Steuerungselement auf derAntriebs-bzw. Abtriebswelle der Axialkolbeneinheit, während der andere Teil feststehend im Gehäuse gelagert ist.
  • Das Öffnen oder Schließen der einzelnen Steuerkanäle erfolgt durch eine Relativverdrehung zwischen Steuerungselement und Kolbengehäuse.
  • Nachteilig wirken sich bei diesem Steuerungssystem die großen Spaltverluste aus, die durch die schlechte Abdichtungsmöglichkeit zwischen Schieber und Kolbengehäuse verursacht werden.
  • Außerdem sind diese Steuerungsarten gegen Verunreinigungen in der Hydraulikflüssigkeit sehr anfällig. Weiterhin sind-insbesondere die Flachschieberbauarten für starke stoßweise Beanspruchung ungeeignet, da diese zu einem Abheben des .Flachschiebers führt und dadurch zwischen Zus und Rücklaufleitung ein Kurzschluß entsteht.
  • Ein Vorteil bei diesem Steuerungsprinzip besteht jedoch darin, daß auch eine ungerade Anzahl von Kolben verwendet werden kann was sich günstig auf die Gleichförmigkeit des Schluck- bzwO Fördervolumens auswirkt.
  • 3 Kolbensteuerung (siehe z.B. Chaimowitsch, a.asOO, Seite 143; Bild 89 oder Bosch: Axialkolbeneinheit Typ HYX KKE, Prospekt AKYqz 1 Blatt 1, Seite 12).
  • Bei der Kolbensteuerung dient ein Arbeitskolben zugleich als Steuerungselement für einen um 900 versetzten Kolben. Aufgrund dieser Tatsache muß stets eine gerade Anzahl von Kolben vorhanden sein, was sich ungünstig auf den Ungleichförmigkeits grad des Schluck- oder Fördervolumens auswirkt. Der Wert fUr den Ungleichförmigkeitsgrad nimmt mit zunehmender Kolbenzahl ab. Eine ausreichende Gleichförmigkeit wird aber erst bei einer für die Fertigung unwirtschaftlichen Kolbenzahl erreicht.
  • Die bisher verbreiteten Axialkolbeneinheiten mit Kolbensteuerung sind wegen der vorgenannten Nachteile nur für geringe Antriebsleistungen gebaut und als Langsamiäufer nicht zu verwenden.
  • Bei Bauarten mit größerer Anzahl von Kolbenpaaren und somit besserer Gleichförmigkeit steht der Herstellungspreis bei der Fertigung der herkömmlichen Anordnung " Steuerkolben - Arbeitskolben " in keinem Verhältnis zur Leistung der Axialkolbeneinheit.
  • Der Grund ist darin zu suchen daß die Verbindungsleitung zwischen der Ringnute des Steuerkolbens und dem Hubraum des Arbeitskolbens fertigungstechnisch sehr schwierig herzustellen ist.
  • Ein Vorteil der Kolbensteuerung gegenüber der Schiebersteuerung liegt darin, daß man durch Feinstbearbeitbng der Kolben und der Zylinderbohrungen eine sehr genaue Passung dieser Teile und damit geringe Spaltverluste und einen hohen volumetrischen Wirkungsgrad erreicht. Weiterhin ist eine Axialkolbeneinheit mit diesem Steuerungsprinzip nicht so anfällig gegen eventuelle Verunreinigungen in der Hydraulikflüssigkeitr wie eine Schiebersteuerung.
  • Sie findet deshalb auch dort Verwendung, wo z.B. andere Bauarten wegen der hohen Stoßbelastungen bei kurzen schnellen Bewegungen versagen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Nachteile sowohl der Kolbensteuerung als auch der Schiebersteuerung weitgehend auszuschalten und ihre Vorteile durch konstruktive Maßnahmen zu erhalten.
  • Die Erfindung besteht bei einer Axialiolbeneinheit mit Kolbensteuerung darin, daß diese aus zwei Kolbenreihen besteht und sich ein Kolben einer Kolbenreihe mit einem weiteren Kolben der anderen Kolbenreihe paarweise gegenseitig steuert.
  • Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung sind die sich gegenseitig steuernden Kolben nebeneinander-gegenüberliegend angeordnet.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß für jede Kolbenreihe je eine schräge Ablauffläche vorhanden ist, die jeweils außen vom Kolbengehäuse angeordnet sind.
  • Es ist aus der Erfindung ersichtlich, daß erfindungsgemäß die Nachteile der Kolbensteuerung dadurch ausgeschaltet werden, daß die sich gegenseitig steuernden Kolben direkt nebeneinander liegen. Durch die Verwendung von zoBo 2 Kolbenreihen mit insgesamt 10 Kolben sind diese gleichmäßig um 36° auf dem Umfang verteilt.
  • Eine um 540 versetzte Anordnung der Ablaufflächen ergibt, daß die nebeneinanderliegenden, sich steuernden Kolben im Kolbenerhebungsdiagramm um 90° versetzt sind.
  • Durch die direkte Verbindung der Hubräume und der Steuernuten nebeneinanderliegender Kolben ist nicht nur fertigungstechnisch eine besonders einfache und kostensparende Herstellung geschaffen, sondern auch theoretisch die Möglichkeiten vorhanden, beliebig viele Kolbenpaare zu verwenden. Dadurch lassen sich auch Baueinheiten für große Leistungen wirtschaftlich fertigen.
  • Ein weiterer Vorteil, der sich aus dieser Anordnung der Kolben ergibt ist der, daß man einen Gleichförmigkeitsgrad für die doppelte Anzahl der tatsächlich verwendeten Kolben erhält.
  • Durch die geringen Leckölverluste, den hohen Gleichförmigkeitsgrad des Schluck- bzw. Fördervolumens und den günstigen mechanischen Wirkungsgrad (durch Boxeranordnung der Kolben werden die Lagerkräfte aufgehoben) läßt sich die erf<nndungsgemöße Axialkolbeneinheit bei der Verwendung als Motor sehr gut auch als Langsamiäufer einsetzen. Aber auch der Verwendung als Schnellläufer sind durch die günstige Steuerkanalanordnung keine Grenzen gesetzt. Dadurch erhält man eine breite Anwendungspalette des Erfindungsgegenstandes.
  • Vorteilhaft ist auch das günstige Anlaufverhalten durch das kleine GD2. Die Anlaufzeit des Motors ergibt sich durch das Verhältnis W.I t - , wobei W = Winkelgeschwindigkeit, 1 = Massentrög-M heitsmomentt M = Drehmoment ist.
  • Bei einem Betriebsdruck von z.B. 200 atü braucht der erfindung gemäße Motor, um auf eine Drehzahl von n = 500 Um zu kommen nur eine Anlaufzeit von 0,005 sec.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Axialkolbeneinheit mit gegenüberliegenden Kolben und Kolbensteuerung1 Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie a-a der Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie b-b der Figj 1 und Fig0 4 das Steuerschema für die Axialkolbeneinheit.
  • Die Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Axialkolbeneinheit mit gegenüberliegenden Kolben und Kolbensteuerung, die als Pumpe oder auch als Motor zur Anwendung kommen kann.
  • In das Gehause 1 ist das Kolbengehäuse 2 eingepreßt. Die Kolbenringnuten 3, sowie die Kolbenbohrungen 4 für die einzelnen Arbeitskolben 5 sind in das Kolbengehäuse eingedreht. Um einen genügend großen Durchflußquerschnitt zu erreichen, sind die Ringnuten 6, die sämtliche Kolben einer Kolbenreihe miteinander verbinden, zum Teil im Kolbengehäuse, zum anderen Teil im Gehause selbst eingedreht (siehe auch Fig. 2). Bei dieser Axialkolbeneinheit sind als Ablauffläche fur die beiden Kolben reihen zwei Taumeischeiben 7 gewählt worden, die mittels einer Paßfeder 8 mit der Welle 9 verbunden sind. In den beiden Deckeln 11 sind die Taumelscheiben wälzgelagert (durch Boxeranordnung der Kolben und Anordnung zweier TaumeSscheiben auf einer Welle werden die Axialkräfte in den beiden Lagern 12 um 80 ; gemindert, Die einzelnen Arbeitskolben besitzen an einer Stirnseite einen Kugelkopf, auf den jeweils ein Gleitschuh 13 aufgebracht ist.
  • Das ständige Anliegen der Gleitschuhe auf der Taumelscheibenfläche, auch bei einem Leerhub des Kolbens, wird durch das Andrücken einer Feder 14 über eine Kugelbüchse 15 auf eine Mitnehmerscheibe 16 bewirkt.
  • Zur näheren Erläuterung ist in Fig. 4 das Steuerschema dargestellt. Es zeigt die Abwicklung des Kolbengehäuses mit den einzelnen Kolben. Es ist die Arbeitsweise als Pumpe gewählt worden. Durch die Annahme, daß die A-Ringleitungen Druck- und die B-Ringleitungen Saugleitungen sind, ergibt sich für die Taumelscheibe Rechtslauf. Die Kolbenstellung ist wlllkürlich festgelegt. Die Ringleitungen B2 und A2 gehören zur oberen Kolbenreihe mit ungeraden Kennzahlen, die Leitungen B1und A1 gehören zur unteren Kolbenreihe mit ungeraden Kennzahlen. Die Kolbenringnuten 1 und 3 der Kolben einer Kolbenreihe sind jeweils miteinander verbunden (siehe Fig. 2), während die Kolbenringnuten 2 und 4 (siehe Fig. 3) nur bei den sich steuernden Kolben miteinander in Verbindung stehen.
  • Kolben 1 - Kolben 2 Kolben 1 hat die untere Totstellung erreicht und beginnt seinen Arbeitshub. Er fördert Drucköl von Hubraum 4 in Ringnut 2 des Kolbens 2.
  • Kolben 2 hat mit seiner Steaerkante a die Kolbenringnute 2 überdeckt und gibt mit seiner Steuerkante b die Ringnute 3 frei. Somit kann das Drucköl von Kolben 1 in die Druckleitung A1 abfließen. Kolben 2 befindet sich in der Mittelstellung seines Arbeitshubes, Er hat bereits Öl von seinem Hubraum 4 Uber die Kolbenringnuten 2 und 1 in die Druckleitung A2 gefördert.
  • Kolben 5 - Kolben 6 Kolben 5 befindet sich kurz vor seinem oberen Totpunkt. Er fördert nur noch eine geringe Menge Drucköl, da Kolben 6 bald mit seiner Steuerkante b die Ringnute 3 überdeckt und kein Öl mehr in die Druckleitung A1 fließen läßt. Kolben 6 hat seinen oberen Totpunkt überschritten und führt einen Leerhub aus. Er entnimmt druckloses Öl aus der Saugleitung B2 Uber die Ringnuten 3 und 2 des Kolbens 5.
  • Kolben 7 - Kolben 8 Kolben 7 liegt hinter seinem oberen Totpunkt. Er hat mit seinem Leerhub gerade begonnen. Sein Hubraum 4 ist Uber die Kolbenringnuten 2 und 1 des Kolbens 8 mit der Saugleitung B1 verbunden.
  • Kolben 8 hat seine Mittelstellung überschritten. Er macht ebenfalls einen Leerhub, ist aber nur noch kurzzeitig mit der Saugleitung B2 verbunden, weil Kolben 7 sich abwärts bewegt und die Ringnute 3 bald mit Steuerkante b überdeckt hat.
  • Kolben 9 - Kolben 10 Kolben 9 befindet sich ebenfalls in einem Leerhub. Sein Hubraum 4 ist mit der Ringleitung B1 Uber die Kolbenringnute 1 und 2 des- Kolbens 10 verbunden. Kolben 9 bewegt sich abwärts und hat gerade mit seiner Steuerkante a die Ringnute 1 freigegeben und somit kann Kolben 10 seinen Arbeitshub ausführen, den er gerade nach Uberschreiten seiner unteren Totstellung begonnen hat. Sein Hubraum 4 ist über die Ringleitungen 2 und 1 des Kolbens 9 mit der Ringleitung A2 verbunden.

Claims (3)

PATENTANSPRUCHE
1.Aialkolbeneinheit mit Kolbensteuerung, dadurch g e -enn e n n z e i c h n e t , daß dieser aus zwei Kolbenreihen besteht und sich ein Kolben einer Kolbenreihe mit einem weiteren Kolben der anderen Kolbenreihe paarweise gegenseitig steuert.
2. Axialkolbeneinheit nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die sich steuernden Kolben nebeneinandergegenüberliegend angeordnet sind.
3. Axialkolbeneinheit nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß für jede Kolbenreihe je eine schräge Ablauffläche vorhanden ist, die jeweils außen vom Kolbengehäuse angeordnet sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3509868A1 (de) * 1984-03-24 1985-10-10 NLW Fördertechnik GmbH, 4232 Xanten Kohlenhobel, dessen hobelkoerper mit schaelwerkzeugen und hoehenverstellbaren bodenmeisseln ausgeruestet ist
US5205123A (en) * 1990-09-06 1993-04-27 Dunstan Phillip E Infinitely variable differential hydrostatic transmission
EP1249640A2 (de) * 2001-04-09 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hydraulisches Taumelscheibengetriebe

Cited By (4)

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EP1249640A2 (de) * 2001-04-09 2002-10-16 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hydraulisches Taumelscheibengetriebe
EP1249640A3 (de) * 2001-04-09 2005-01-19 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hydraulisches Taumelscheibengetriebe

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