DE2038086B2

DE2038086B2 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2038086B2
Application number: DE19702038086
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Beecroft New South Wales Ifield (Australien)
Original assignee: Lucas Industries Inc
Current assignee: Lucas Industries Inc
Priority date: 1970-07-31
Filing date: 1970-07-31
Publication date: 1977-09-08
Also published as: DE2038086A1; DE2038086C3

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem Rotor mit von einer Schrägscheibe betätigbaren Axialkolben und einer Steuerscheibe mit zwei nierenförmigen Steueröffnungen, an deren jeweils einem Ende ein in die Trennstege einmündender, mit einer Drosselstelle versehener Druckausgleichskanal vorgesehen ist.

Die meist gebräuchlichen V-förmigen Druckausgleichskanäle, die sich in Richtung auf die Steueröffnung hin erweitern, haben der Nachteil, daß sie zwangsläufig ein mehr oder minder starkes Betriebsgeräusch verursachen. Wenn nämlich der Kolben seine obere Totpunktlage erreicht, herrscht in der Kolbenbohrung ein niedriger Druck. Wird nun die Kolbenbohrung mit der Hochdrucksteueröffnung verbunden, entsteht durch den plötzlichen Druckanstieg in der Kolbenbohrung eine Stoßwelle, die zu einem Flüssigkeitsschlag mit entspiechendem Geräusch führt. Die Kolbenbohrung kann aber nicht in der genau oberen Totpunkt-Mittellage des Kolbens mit der Hochdrucksteueröffnung verbunden werden. Eine gewisse Weiterdrehung des Rotors ist notwendig, um die Kolbenbohrung von der oberen Totpunkt-Mittellage in eine Stellung zu bringen, bei der die Steueröffnung zur Kolbenbohrung hin voll offen ist. Bei der Drehung des Rotors findet eine entsprechende Kolbenbewegung statt, so daß der Druck in der Kolbenbohrung anzusteigen beginnt. Bei einer Pumpe mit konstantem Förderdruck läßt sich die Steueröffnung so dimensionieren, daß der Druckanstieg in der Kolbenbohrung gerade gleich dem Druck in der Hochdrucksteueröffnung ist, wenn diese zur Kolbenbohrung hin voll offen ist. Da jedoch in den meisten Fällen der Förderdruck der Pumpe nicht konstant ist, ist der Druck in der Kolbenbohrung meist höher als in der Steueröffnung, so daß es bei voller öffnung der Steueröffnung zur Kolbenbohrung hin zu einer plötzlieher, Entspannung und entsprechendem Flüssigkeitsschlag kommt.

Ähnliche Vorgänge mit iimgekehi ten Druckverhältnissen laufen an der Niede; di ucksteueröffnung ab.
Um diese Nachteile ?u beseitigen, hat m;an schon

<>5 unveränderliche Drosseln in den Steueröffnungen vorgesehen. Damit is; jedoch eine Anpassung des Durchflusses an die wechselnden Druckverhältnisse nich! zu erreichen.

Deshalb wird in der britischen Patentschrift 9 84 872 /orgeschlagen, der Durchfluß durch die Steueröffnun- »en mit Hilfe von Nadelventilen zu regulieren. Dadurch assen sich die unerwünschten Flüssigkeitsschläge /erringern. Bei den üblichen hohen Drehzahlen, mit Jenen Axialkolbenpumpen betrieben werden, und den ständig wechselnden Betriebsdrücken kann diese Art der Durchflußregulierung jedoch nicht befriedigen.

Aus der DT-AS 12 Π 943 ist ein Vorschlag bukannt, Flüssigkeitsschläge durch den Einsatz von Rückschlagventilen zu verhindern. Diese Lösung hat den Nachteil, daß der kostspielige Einbau der Rückschlagventile die Axialkolbenmaschine erheblich verteuert, eine Geräuschverminderiing aber wegen der geräuschvollen Arbeitsweise der Rückschlagventile kaum erreicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, welche in einem weiten Druckbereich möglichst geräuscharm a-beiten soll und dazu den Durchfluß durch die beiden Druckausgleichskanäle auf einfache, wirksame Weise so zu regulieren, daß er selbsttätig den herrschenden Druckbedingungen angepaßt wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Druckausgleichskanal an seinem einen Ende eine strömungsungünstige und an seinem anderen Ende eine strömungsgünstige Profilierung aufweist und in die Niederdrucköffniing mit dem strömungsgünstig profilierten Ende, in die Hochdrucksteueröffnung dagegen mit dem strömungsungünstig profilierten Ende mündet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Vorteile dei¹ erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung der vorstehend erwähnten Probleme sind offensichtlich. Zur Anpassung des Durchflusses durch die Steueröffnungen an die Druckverhältnisse werden rein hydrodynamische Mittel ohne bewegte Teile angewendet. Mit diesen Mitteln, die praktisch keinem Verschleiß unterliegen, einfach herzustellen sind und praktisch kein eigenes Betriebsgeräusch verursachen, wird ein sehr wirksamer »Dioden«-Effekt erzielt, d. h. der Strömung wird in der einen Richtung nur ein geringer, in der anderen Richturg dagegen ein hoher Strömungswiderstand entgegengesetzt, so daß Flüssigkeitsschläge in einem weiten Druckbereich verhindert werden. Damit nämlich Flüssigkeitsschläge vermieden werden, ist es notwendig, daß an der Hochdrucksteueröffnung einer Pumpe beispielsweise der Druck in dem Druckausgleichskanal durch eine gedrosselte Strömung allmählich auf die Höhe des in der Steueröffnung herrschenden Druckes gebracht wird. Sobald dies der Fall ist, muß die Strömung dagegen mit nur geringem Widerstand fließen können, damit ein wesentlicher Druckanstieg über den Druck in der Steueröffnung vermieden wird. Ähnliches gilt für die Niederdrucksteueröffnung Dort muß die Einströmung in den Druckausgieichskanal möglichst wenig behindert, die Strömung aus dem Druckausgleichskanal dagegen gedrosselt sein. Beide Forderungen werden durch die erfindungsgernäß vorgeschlagene Ausbildung ik-r Di'uckiuisgleichskanäle erfüllt.

Anhand der Zeichnungen werden Ausfi'hrungsbi¹: spiele der Erfindung näher bcschriehi.-ii- £.■> :>Ζι.'.ί

Fi g. 1 eine Seitenansicht einer Axialkolbenpumpe im Sthnitt,

!' i g. 2 t;i>it: Ansicht der Steuerscheibe dfi ',■'*.·:: *■■; vu'i Fig. 1,

F i κ. 3 und 4 je eii-f-i Schmu längs der Linien 3-3 und 4-4 in Fig. 2,

Fig. 5 bis 12 Schnitte entsprechend denjenigen der F i g. 3 und 4, jedoch von alternativen Ausführungen der Erfindung.

Die in der Fig. I dargestellte Axialkolbenpumpe besteht aus einem Pumpenblock 10 mit einem Einströmoder Niederdruckkanal 11 und einem Ausström- oder Hochdruckkanal 12 an dem einen Ende des Blockes. Das andere Ende des Blockes 10 ist durch einen Deckel 13

ίο verschlossen, in dem eine Welle 14 drehbar gelagert ist. An der Welle 14 ist innerhalb des Blockes 10 ein Rotor 15 befestigt, in dem eine Anzahl axialer Zylinderbohrungen 16 unter gleichem Winkelabstand ausgebildet sind. Jede Zylinderbohrung 16 enthält einen Kolben 17, der durch eine Druckfeder 18 vorgespannt ist. Die Zylinderbohrungen 16 enden in Kanälen 16a, die zu einem Ende der Stirnfläche des Rotors 15 hin offen sind.

Jeder Kolben 17 hat ein kugelförmiges Endteil 19,

dessen nach außen gerichtetes Ende abgeflacht ist. In jedem kugelförmigen Endteil 19 befindet sich eine Bohrung 20, die in der Bohrung des Kolbens 17 und mit dem anderen Ende in dem abgeflachten Endteil 19 mundet. Die Endteile 19 der Kolben 17 sind in entsprechend ausgebildeten Kugelschalen von Gleitschuhen 21 gelagert. Jeder Gleitschuh 21 h;.i eine Stirnfläche, die zu einer hydrostatischen Lagerschale 23 ausgebildet ist., die über eine Bohrung 24 mit einem Raum innerhalb des Gleitschuhs in Verbindung steht, der durch die Abflachung des entsprechenden Endtcils 19 gebildet wird.

Die Gleitschuhe 21 gleiten auf einer geneigt angeordneten Schrägscheibe 22 in der Nähe des Deckels 13. Wenn der Rotor in Umdrehung versetzt wird, ruft die Schrägscheibe 22 eine hin- und hergehende Bewegung der Kolben 19 in den entsprechenden Zylinderbohrunger. 16 hervor.

Zwischen dem einen Ende des Rotors 15 und dem Ende des Blockes 10, in dem sich der Einsiröm- oder Niederdruckkanal 11 und der Ausström- oder Hochdruckkanal 12 befinden, ist eine ringförmige Steuerscheibe 25 angeordnet. In dieser Steuerscheibe 25 sind zwei bogen- oder nierenförmige Steueröffnungen 2fc, 27 ausgebildet, durch die Hydraulikflüssigkeit aus dem Einström- oder Niederdruckkanal 11 durch die Kanüle 16a in die Zylinderbohrungen 16 des Rotors 15 bzw. aus den Zylinderbohrungen 16 in den Ausström- odor Hochdruckkanal 12 strömt. Die Niederdriicksteueroffnung 26 steht mit dem Einström- oder Niederdruckkanal 11 und die Hochdrucksteueröffnung 27 m'.t dem Ausström- oder Hochdruckkanal 12 in Verbindung.

Wie in F i g. 3 dargestellt, ist die Steuerscheibe 25 an einem Ende der Niederdrucksteueroffriüng 26 mit einem Druckausgleichsksnai versehen. Dieser Druckausgleichskan:»! ist als scharfkantige Bohrung 28 h; der

s? Stirnfläche der Steuerscheibe 25 in einem Abstand von dem Ende der Steueröffnung und als eine strömung;;-günsüg profilierte Bohrung 29 in der Wand der Steueröffnung ausgebildet, die in Verbindung mit der Bohrung 28 steht. Ein Druckausgleichskanal dieser Ar!

^s" hn κι Richtung απΓ .'i'.· '^itv.eiJ^iekstvueroffm-ng 2fi einen höheren 8^:ri'.m.Ii^v-. ί!> r-UM'id als in umgokchrtei Ricivung. da i:i . t ·: r ^msi-iiaruM-:" Pichuiriji «.ti Flüssigkeit durch ·':;·.· s/iuiriiu-.niij:·'.- Öffnung in der IVi!r!<iius£!e;ol'sr.;iP.il v^tin·, :-.?h: end die Flüssigen

^{1? ir, S.-1 ',fcgeiij;\"f.:';'<.'ν Richtung durch en.en srromungs· gün.aig !'ivM/;rien Ka;i;ii sir^nU. D."s Verhältnis de: .StronH!!i,-;sⁱyidersiisiK!o; in hmi beiden Rfhiungi'; betrügt etwa 2 ■ !.

Ein gleicher Druckausglcichskanal ist an der Hochdrucksteueröffnung 27 ausgebildet. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist hier indessen die scharfkantige Bohrung 30 in der Wand der Hochdruckstcueröffnung 27 ausgebildet, während die strömungsgünstig profilierte Bohrung 31 an der Stirnfläche der Steuerscheibe 25 endet.

Bei den in den Fig.5 und 6 dargestellten Ausführungsformen wird das gleiche Prinzip wie bei den Ausführungen nach den Fig.3 und 4 angewendet mit der Ausnahme, daß die Druckausgleichskanäle jetzt von Nuten gebildet werden, die in der Stirnfläche der Steuerscheibe ausgebildet sind und beim Anliegen der Stirnfläche der Steuerscheibe 25 an der Endfläche des Rotors 15 Kanäle bilden. Der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung wird von einer relativ großen Bohrung 32, die in einem Abstand von dem Ende der Niederdrucksteueröffnung angeordnet ist und einer Nut 33 von halbkreisförmigem Querschnitt gebildet, die mit einem strömungsgünstig profilierten Ende 33a in die Niederdrucksteueröffnung, dagegen mit einer scharfkantigen öffnung 33b in die Bohrung 32 mündet. Bei der Hochdrucksteueröffnung hat die Nut 34 eine scharfkantige öffnung zur Hochdrucksteueröffnung hin und einen strömungsgünstig profilierten Auslaß zur Aussparung 35 hin.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den F i g. 7 und 8 wurde ein etwas anderes Arbeitsprinzip gewählt. In diesem Fall hat jede Steueröffnung einen Druckausgleichskanal, der sich von jedem Ende zu einer Drosselstelle hin verjüngt, die einem Ende des Druckausgleichskanals näher als an dem anderen Ende liegt. Wenn Flüssigkeit von dem der Drosselstelle entfernten Ende zudem anderen Ende strömt, kommt c: hinter der Drosselslclle zu einem Druckanstieg, bc umgekehrter Strömung jedoch nicht, so daß bc gegebener Durchflußmenge bei der Strömung in cinci Richtung ein geringerer Druckvcrlust als bei einei Strömung in der entgegengesetzten Richtung eintritt.

Bei der Niederdrucksteucröffnung (Fig.7) ist dir Drossclstelle 36a näher an dem Ende des Druckaus gleichskanals 36 angeordnet, das in die Steueröffnung

ίο mündet. Bei der liochdrucksteueröffnung ist die Drosselstelle 37a näher dem Ende des Durchgangs 37 angeordnet, das in der Stirnfläche der Steuerscheibe endet.

Bei den in den Fig.9 und 10 dargestellter Ausführungsformen sind die Aussparungen 40,41 in der Stirnfläche der Steuerscheibe mit den entsprechenden Steueröffnungen durch Nuten 38,39 verbunden, die die Kanäle 36,37 in den F i g. 7 und 8 ersetzen.

Bei den in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsformen schließlich enthalten die Druckausgleichskanäle 42, 43 jeweils eine zylindrische Kammer 44 bzw. 45. Die Bohrungen 42a, 43a der Kanäle haben scharfkantige öffnungen und öffnen sich tangential in die Kammern. Die Bohrungen 426, 436 des Kanals haben strömungsgünstig profilierte Enden und gehen von der Mitte der betreffenden Kammer aus. Die Wirbelbewegung, die in jeder Kammer entsteht, wenn Flüssigkeit aus der Bohrung 42a oder 43a in die Kammer einströmt, bewirkt, daß der Widerstand bei Strömung in dieser Richtung beträchtlich erhöht wird. In entgegengesetzter Strömungsrichtung entsteht keine entsprechende Erhöhung des Strömungswiderstandes.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

1. Axialkolbenmaschine mit einem Rotor mit von einer Schrägscheibe betätigbaren Axialkolben und einer Steuerscheibe mit zwei nierenförmigen Steueröffnungen, an deren jeweils einem Ende ein in die Trennstege einmündender, mit einer Drosselstelle versehener Druckausgleichskanal vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Druckausgleichskanal (28 bis 45) an seinem einen Ende eine strömungsungünstige und an seinem anderen Ende eine strömungsgünstige Profilierung aufweist und in die Niederdrucksteueröffnung (26) mit dem strömungsgünstig profilierten Ende, in die Hoclidrucksteueröffnung (27) dagegen mit dem strörnungsungünstig profilierten Ende mündet.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) zur Stirnfläche der Steuerscheibe (25) hin als zylindrische Bohrung (28) ausgebildet ist, in die scharfkantig eine zweite Bohrung (29) mündet, die zur Niederdrucksteueröffnung (26) hin eine strömungsgünstige Profilierung hat.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) aus einer in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündenden zylindrischen Bohrung (32) und einer Nut (33) in der Steuerscheibe (25) besteht, wobei die Nut (33) zusammen mit dem axialen Ende des Rotors (15) einen Teil des Druckausgleichskanals bildet, der mit einer scharfkantigen öffnung (33i>^ in die zylindrische Bohrung (32) und mit einem strömungsgünstig profilierten Ende (33a) in die Niederdrucksteueröffnung (26) mündet.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) als strömungsgünstig profilierte Bohrung mit einer Drossel'stelle (36a,) in Nähe der Einmündung in die Niederdirucksteueröffnung (26) ausgebildet ist.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Niederdrucksteueröffnung (26) eine zylindrische Kammer (44) aufweist, in die eine mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) in Verbindung stehende zylindrische Bohrung (42a^ tangential mündet und von der eine Bohrung (42tymit strömungsgünstiger Profilierung ausgeht, die in die Niederdrucksteueröffnung (26) mündet.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) aus einer mit der Hochdrucksteueröffnung (27) in Verbindung stehenden zylindrischen Bohrung (30) und einer mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) in Verbindung stehenden Bohrung (31) mit strömungsgünstiger Profiliemng besteht.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch \, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27Ί aus einer in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündenden zylindrischen Bohrung (35) und einer Nut (34) in der Steuerscheibe (25) besteht, wobei die Nut (34) zusammen mit dem axialen Ende dos Rotors (15) einen Teil des Druckausgleichskanals bildet, oVr mit einer scharfkantigen öffnung in die Hochdrucksteueröffnung (27) und mit einem strömungsgünstig profilierten Ende in die zylindrische Bohrung (35) mündet.

8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanal der Hochdrucksteueröffnung (27) aus einer strömungsgünstig profilierten Bohrung (37) mit einer Drosselstelle (37a; in der Nähe des mit der Stirnfläche der Steuerscheibe (25) verbundenen Endes der Bohrung (37) besteht.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der Druckausgleichskanai der Hochdrucksteueröffnung (27) eine zylindrische Kammer (45) aufweist, in die eine mit der Hochdrucksteueröffnung (27) in Verbindung stehende zylindrische Bohrung (43a)tangential mündet und von der eine Bohrung (43b) mit strömungsgünstiger Profilierung ausgeht, die in die Stirnfläche der Steuerscheibe (25) mündet.