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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.
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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).
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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).
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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.
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Das Öffnen oder Schließen der einzelnen Steuerkanäle erfolgt durch
eine Relativverdrehung zwischen Steuerungselement und Kolbengehäuse.
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Nachteilig wirken sich bei diesem Steuerungssystem die großen Spaltverluste
aus, die durch die schlechte Abdichtungsmöglichkeit zwischen Schieber und Kolbengehäuse
verursacht werden.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Die bisher verbreiteten Axialkolbeneinheiten mit Kolbensteuerung sind
wegen der vorgenannten Nachteile nur für geringe Antriebsleistungen gebaut und als
Langsamiäufer nicht zu verwenden.
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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.
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Der Grund ist darin zu suchen daß die Verbindungsleitung zwischen
der Ringnute des Steuerkolbens und dem Hubraum des Arbeitskolbens fertigungstechnisch
sehr schwierig herzustellen ist.
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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.
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Sie findet deshalb auch dort Verwendung, wo z.B. andere Bauarten wegen
der hohen Stoßbelastungen bei kurzen schnellen Bewegungen versagen.
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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.
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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.
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Nach einer weiteren Maßnahme der Erfindung sind die sich gegenseitig
steuernden Kolben nebeneinander-gegenüberliegend angeordnet.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, daß für jede Kolbenreihe je eine
schräge Ablauffläche vorhanden ist, die jeweils außen vom Kolbengehäuse angeordnet
sind.
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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.
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Eine um 540 versetzte Anordnung der Ablaufflächen ergibt, daß die
nebeneinanderliegenden, sich steuernden Kolben im Kolbenerhebungsdiagramm um 90°
versetzt sind.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Figur 1 zeigt ein Beispiel einer Axialkolbeneinheit mit gegenüberliegenden
Kolben und Kolbensteuerung, die als Pumpe oder auch als Motor zur Anwendung kommen
kann.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.