DE2107696C3 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit rotierendem Zylinderkörper, welcher eine Anzahl sich gegen eine Schiefscheibe abstützende Kolben axial beweglich aufnimmt und mittels eines Führungsringes im umgebenden Gehäuse durch ein Wälzkörperlager geführt wird, dessen mittlere Ebene der Querebene entspricht, welche den Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Maschine und einer durch die Gelenkköpfe der Kolben gedachten Ebene schneidet.

Bei hydrostatischen Kolbenmaschinen bestellt ein wesentliches Problem darin, die durch die hohen Drücke des erzeugten und verbrauchten Druckmittels auftretenden Kräfte ohne, oder nur mit geringstem Einfluß auf die Funktion zu beherrschen. Durch die hohen Kräfte ίο treten dabei vielfach Verformungen einzelner Bauteile oder Funktionselemente auf, welche sich beispielsweise auf die Lagerung der rotierenden Teile und damit auf die Funktion sowie die Lebensdauer des Gerätes ungünstig auswirken.

Es ist bekannt, daß bei Axialkolbenmaschinen mit rotierendem Zylinderkörper ein wesentlicher Teil der genannten Kräfte in einer gedachten Querebene der hydrostatischen Maschine auftritt, welche den Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Maschine und einer durch die Gelenkköpfe der Kolben gedachten Ebene schneidet.

Im Bestreben, die auftretenden Kräfte in der Entstehungsebene abzufangen und ungünstige Auswirkungen zu vermieden, sind verschiedene Lösungswege beschritten worden.

So ist beispielsweise ein Axialkolbenflüssigkeilsgetriebe bekannt, in welchem die rotierende Zylindertrommel geführt wird und diese Führung mit hydraulisch beaufschlagten oder unter Federdruck stehenden Kolben verbunden ist und somit nachgiebig auf den äußeren Umfang der rotierenden Zylindertrommel einwirkt, wobei die erwähnten Kolben dämpfende und daher auch schwingungshemmende oder das Kräftespiel beeinflussende Wirkungen auf die Zylindertrommel des Axialkolbengetriebes ausüben.

In einer ebenfalls bekannten Axialkolbenmaschine ist die Zylindertrommel mi'tels eines Gleitringlagers im Gehäuse gelagert, wobei sich die Mitte des Gleitlagerringes in der im vorgenannten Beispiel beschriebenen Querebene befindet.

Bei einer weiteren hydraulischen Maschine ist der Zylinderkörper im Bereich der genannten Querebene mit einer Wälzlageranordnung im Gehäuse abgestützt, wobei sich das andere Ende des Zylinderkörpers um einen kleinen Betrag seitlich bewegen kann, um damit eine Abdichtung an der Ventilplatte zu erreichen.

Mit den beschriebenen Ausführungen sollen, wie bereits ausgeführt, die auftretenden radialen Kräfte in ihrer Entstehungsebene, der sogenannten Querebene, abgefangen, bzw. kompensiert werden. Da der Ausgleich der radialen Kräfte nur am Anfang der Zylindertrommel erfolgen kann und 7\var zum Ausgleich in der Querebene, an einer entsprechenden Verlängerung des Zylinderkörpers oder einer dieser Aufgabe dienenden Führungshülse, haben diese Teile den Kraftfluß zu gewährleisten. Die enorm hohen Drücke, mit denen die hydraulischen Maschinen arbeiten, führen dazu, daß die gleichfalls hohen radialen Kräfte eine elastische Materialverformung zur Folge haben.

Die an der Anlagefläche am Lager auftretende Verformung hat dabei Kantenpressungen zur Folge oder eine Verlagerung der Angriffsrichtung außerhalb der Querebene, welche zur Entstehung eines auf den Zylinderkörper wirkenden Kippmomentes führt. Bei Überwindung der den Zylinderkorper und Steuerspiegel zusammenhaltenden Axialkräfte durch das genannte Kippmoment, ist ein Abkippen des Zylinderkörpers und

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damit eine Störung der Funktion unvermeidlich.

Dieser erwiesene Nachteil, der den hydraulischen Geräten dieses Konstruktionsprinzipes anhaftet, wird mit den beschriebenen Ausführungen nicht beseitigt.

In einer Axialkolbenmaschine nvt rotierendem Zylinderblock ist vorgesehen, den Zylinderkörper mit einer konzentrischen Kugelfläche auszustatten, mit welcher hydraulisch beaufschlagte Gleitschuhe anlie^sn und eine Führung des Zylinderkörpers in der konstruktiv bestimmteil Ebene gewährleisten.

Der Mangel dieser Ausführung besteht darin, daß es nicht möglich ist Wälzkörperlager anzuwenden, welche besonders bei hoher Umgangsgeschwindigkeiten günstige Voraussetzungen für die Funktion bieten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde die genannten Mangel bei der Führung der rotierenden Zylinderkörper zu vermeiden und die der Aufnahme der in radialer Richtung auftretenden Kraft'» dienende Lagerung so zu gestalten, daß bei Verwendung von Wälzkörpern für die äußere Führung des Zylinderkörpers, Kantenpressungen in der Lagerung sowie ein Abkippen des Zylinderkörpers vermieden weiden.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gelöst, daß mindestens eine der das Wälzkörperlager bildenden Rollfl;.chen teilweise ooer vollständig als eine schwach gekrümmte Fläche ausgebildet sind und eine durch die Mitte der Berührungsabschnitte /.wischen den Wälzkörpern und der Rollbahn des Gehäuses sowie der Lagerfläche des Führungsringes gelegte Tragebene im drucklosen bzw. druckarmen Zustand der Axialkolbenmaschine außerhalb der Querebene, vorzugsweise in Richtung der Schiefscheibe liegt und bei maximaler Radialkraft und dadurch bedingter maximaler elastischer Verformung, nahe der Querebene liegt, bzw. sich mit dieser deckt. Die Erfindung wird weiterhin dadurch ausgestaltet, daß bei teilweiser Ausbildung der Rollbahn der Lagerfläche bzw. der Wälzkörper als gekrümmte Fläche der geradlinige Teil der Rollfläche vorzugsweise größer isi als 40% der Länge des Wä./.körpers, und der geradlinige Teil der Rollbahn der !..agerfläche b/w. der Wälzkörper sich vorzugsweise im Bereich der Querebene befindet, sowie bei kreisbogeni'örmiger Ausbildung der Rollflächcn, der Radius des Kreisbogens größer ist als der durch die Mittelachse bestimmten Radius des Rollkreises und vorzugsweise ein mehrfaches von diesem beträgt, bzw. die Krümmung der Rollflächc eine von der Kreisbogenform abweichende Gestalt aulweisi, und vorzugsweise das Teilslück einer Parabel darstellt. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin. das von der Rollbahn, den Wälzkörpern und der Lagerfläche gebildete Wälzlager teilweise oder vollständig als Wälzlagereinheit, bestehend aus einem äußeren Lagerring und den Wälzkörpern, bzw. dem inneren Lagerring und den Wälzkörpern, oder aus dem äußeren Lagerring, dem inneren Laufring und den Wälzkörpern ausgeführt ist.

Die Erfindung ist in drei Ausführungsbeispielen dargestellt und an diesen näher beschrieben. F.s zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine,

Γ i g. 2 und 3 einen teilweisen I .ängsschniii durch die Axialkolbenmaschine mit besonderer l.agergestaltung.

In einem Gehäuse 1 einer Axialkolbenmaschine bekannter Ausführung ist ein Zylinderkörper 2 rm c- (15 rend um eine Maschinenmittelachse 3 angeordnet. Im Zylinderkörper 2 sind Zylinderbohrungen 4 eingearbeitet in denen Kolben S axial beweglich untergebracht sind. Die aus dem Zylinderkörper 2 herausragenden Enden der Kolben 5 werden von kugeligen Gelenken 6, vorzugsweise Gleitschuhen 7, gehalten, welche an einer Schiefscheibe 8 anliegen, bzw. an dieser gehalten werden.

Das der Schiefscheibe 8 entgegengesetzt befindliche Ende des Zylinderkörpers 2 liegt an einer Steuerspiegelfläche 9 an und wird mit der Kraft eines Federelementes 10 an dieser gehalten, wobei eine geringe achsparallele Beweglichkeit erhalten bleibt. Die der Schiefscheibe 8 zugewandte Seite des Zylinderkörpers 2 ist am Umfang als ein Führungsring 11 ausgebildet, bzw. ist ein solcher mit dem Zylinderkörper 2 fest verbunden. Zwischen dem Führungsring 11 und einer als Rollbahn 12 ausgebildeten Fläche des Gehäuses 1 sind Wälzkörper 13 auf einem Rollkreis 19 mittig zu einer gedachten und rechtwinklig zur Mittelachse liegenden Querebene 14 angeordnet, wobei die Querebene 14 durch einen Schnittpunkt 15 führt, welcher von der Mittelachse 3 und einer gedachten durch die Gelenke 6 gelegten Gelenkebene 16 gebildet wird. Der Führungsring 11 ist im Bereich der Wälzlagerkörper 13 als eine leicht gewölbte Lagerfläche 17 ausgebildet, deren Be· ihrungspunkt mit den Wälzkörpern 13 als eine Tragebene 17 dargestellt ist.

Wie bereits bekannt, ist der Schnittpunkt 15. welcher von der Mittelachse 3 und der Gelenkebene 16 gebildet wird, als der resultierende Kraftangriffspunkt der in radialer Richtung wirkenden und sich in Richtung der Querebene 14 auf den Zylinderkörper 2 übertragenden Kräfte zu betrachten. Die Größe der auftretenden Radialkraft wird dabei im wesentlichen Umfang \on dem er/.eugien Druck und der Stellung de^r Schiefscheibe 8 bestimmt.

Bei den bekannten Axialkolbenmaschine!!, bei denen die zylindrischen Wälzkörper zwischen zwei zylindrischen Flächen angeordnet sind, erfolgt mit dem Ansteigen der radial wirkenden Krähe, resultierend aus dem ansteigenden Betriebsdruck und der Vergrößerung des Neigungswinkels der Schiefscheibe, eine geringe elastische Verformung des Führungsringes. Diese Verformung hat zur Folge, daß die Übertragung der Radialkräfte auf das Gehäuse nicht mehr in Richtung der Querebene erfolgt, sondern einer, als Tragebenc bezeichneten. Ebene, welche sich mit der Zunahme der Radialkräfte in Richtung des Steuerspicgcls verlagert und aK Grenzfall die Kanten der Wälzkörper erreichen kann. Neben der als Störungsursache bekannten Kantenpressung, bewirkt die Verlagerung der Tragebene die Entstehung eines Kippmomentes, dessen Größe aus der Radialkraft und dem Abstand zwischen der Querebcnc und der Tragebene resultiert. Durch das auf den Zünderkörper wirkende Kippmcment erfolgt bei Überwindung der von einem Fcderelement ausgeübten Axialkraft, ein Abheben des Zy'.inderkörpers vom Steuerspiegel und damit ein Leistungsabfall der Axialkolbenmaschine.

Die Wirkung der erfindungsgemäßer, Lösung, nach dun Ausführungsbeispie! der Fi g. 1. besteht darin, das Zusammenwirken der gekrümmten Lagerfläche 17 und der sich aus der Wirkung der radialer, Kräfte ergebenden elastischen Verlonming des Führungsringes il sowie der Lagerfläche 17 der Wälzkörper 13 und der Rollbahn 12 dahingehend auszunutzen, daß beim Auftreten geringer Radialkräfte bei drucklosen! oder dnickarniein Lauf und geringem Neigungswinkel der Schiefscheibe 8 die Tragebeue "18 die größte Entfernung von der Ouerebene 14 in Richtung der Schiefscheibe 8

aufweist. Das Anwachsen der radialen Kräfte und die dadurch bedingte elastische Verformung, bewirken die Näherung der Tragebene 18 an die Querebene 14 und die Verringerung der Momentwirkung. Bei Erreichung des Maximaldruckes und bei größtem Neigungswinkel der Schiefscheibe 8 und dem dadurch bedingten Auftreten der maximalen radial wirkenden Kräfte wird mit dem Verformungsgrad erreicht, daß die Tragebene 18 in den unmittelbaren Bereich der Querebene 14 gelangt bzw, sich mit dieser deckt und damit die Momentwirkung gegen den Wert Null geht. Die sich aus der elastischen Verformung ergebende Lageveränderung führt dabei zur geringen achsparallelen Verschiebung des Zylinderkörpers 2 zur Mittelachse 3, wobei die Anlage des Zylinderkörpers 2 an der Steuerspiegelfläche 9 durch die vom Federelement 10 ausgehenden

Axialkräfte, welche durch eine Momentwirkung nich beeinfluß werden, gewährleistet ist.

Die in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 beschrie bene Wirkung wird auch erreicht, wenn wie in Fig.: dargestellt, die Rollbahn 12 des Gehäuses 1 al gekrümmte Fläche ausgebildet ist.

In Fig. 3 wird ein Ausführungsbeispiel gezeigt, be welchem die Rollfläche, im beschriebenen Beispiel dii Lagelfläche 17, nur eine teilweise Krümmung aufweist Das gerade Teilstück, welches den der Steuerspiegelflä ehe 9 zuliegende Teil der Lagerfläche 17 einnimmt, ist ii dieser Richtung, zur Mittelachse 3, um einen geringei Betrag geneigt. Daraus ergibt sich die Wirkung, dal beim Auftreten der maximalen Radialkräfte unc maximaler Verformung eine Linienberührung erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit rotierendem Zylinderkörper, welcher eine Anzahl sich gegen eine Schiefscheibe abstützende Kolben axialbeweglich aufnimmt und mittels eines Führungsringes im umgebenden Gehäuse durch ein Wälzkörperlager geführt wird, dessen mittlere Ebene der Querebene entspricht, welche den Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Maschine und einer durch die Gelenkköpfe der Kolben gedachten Ebene schneidet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein der das Wälzkörperlager bildenden Rollflächen teilweise oder vollständig als eine schwach gekrümmte Fläche ausgebildet sind und eine durch die Mitte der Berührungsabschnitte zwischen den Wälzkörpern (13) und der Rollbahn (12) des Gehäuses (1) sowie der Lagerfläche (17) des Führungsringes (11) gelegte Tragebene (18) im drucklosen bzw. druckarmen Zustand der Axialkolbenmaschine außerhalb der Querebene (14), vorzugsweise in Richtung der Schiefscheibe (8) liegt und bei max. Radialkraft und dadurch bedingter max. elastischer Verformung nahe der Querebene (14) liegt, bzw. sich mit dieser deckt.

2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei teilweiser Ausbildung der Rollbahn (12) der Lagerfläche (17) bzw. der Wälzkörper (13) als gekrümmte Fläche, der geradlinige Teil der Rollfläche vorzugsweise größer ist als 40 % der Länge des Walzkörpers (13).

3. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geradlinige Teil der Rollbahn (12) der Lagerfläche (17) bzw. der Wälzkörper (13) sich vorzugsweise im Bereich der Querebene (14) befindet.

4. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei kreisbogenförmiger Ausbildung der Rollflächen, der Radius des Kreisbogens größer ist als der durch die Mittelachse (3) bestimmte Radius des Rollkreises (19) und vorzugsweise ein Mehrfaches von diesem beträgt.

5. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Rollfläche eine von der Kreisbogenform abweichende Gestalt aufweist, und vorzugsweise das Teilstück einer Parabel darstellt.

6. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Rollbahn (12), den Wälzkörpern (13) und der Lagerfläche (17) gebildete Wälzlager teilweise oder vollständig als Wälzlagereinheit, bestehend aus einem äußeren Lagerring und den Wälzkörpern, bzw. dem inneren Lagerring und den Wälzkörpern, oder aus dem äußeren Lagerring, dem inneren Lagerring und den Wälzkörpern ausgebildet ist.