DE2116619A1

DE2116619A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2116619A1
Application number: DE19712116619
Authority: DE
Inventors: Paul 7140 Ludwigsburg Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1971-04-05
Filing date: 1971-04-05
Publication date: 1972-10-19
Also published as: CH534803A; GB1319406A; US4014250A; FR2136190A5

Description

Anlage zur
Patent- und
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

ROBERT BOSCH GMBH, Stuttgart

Axialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, Pumpe oder Motor, mit einem drehbar gelagerten, mit Kolben aufnehmenden Zylindern versehenen· Zylinderkörper, der mit einem Steuerspiegel zusammenarbeitet, dessen Steuerschlitze auf einem kleineren, höchstens gleichgroßen Mittenkreis liegen wie der Teilkreis der Zylinder, und mit einer Andrückvorrichtung, die eine dichtende Berührung zwischen Zylinderkörper und Steuerspiegelkörper erzeugt.

Aus der US-Patentschrift 907 737 ist ein Schiefscheiben-Axialkolbenmotor bekannt, dessen Zylinderkörper auf der Maschinenwelle drehfest angeordnet ist. Die Zylinder, in denen die Kolben angeordnet sind, befinden sich auf einem größeren Teilkreis

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als die mit den Steuerschlitzen zusammenarbeitenden Auslaßöffnungen der Zylinder. Hier handelt es sich, um eine sog. "eingezogene Steuerung". Die Durchmesser der. Auslaßöf'fnungen sind wesentlich kleiner als die Zylinderdurchmesser. Der Steuer— spiegelkörper wird durch drei axiale Stellschrauben in dichtender Beruhigung mit dem Zylinderkörper gehalten. - . ;.. ;

Nachteilig bei diesem Motor ist, daß die in den Zylindernauf den Zyliiiderkörper wirkenden Kräfte einen größeren radialen Abstand von der Motorenachse haben, als die entgegen- * ^ gesetzten,von den Auslaßöffnungen her auf den Zylinderkörper wirkenden Kräfte, Die Folge,ist ein Momentenungleichgewicht, das eine Neigung -zum Kippen-des. Zylinderkörpers .,.hervorruft-. Als Folge davon sind dann große. Leckverluste festzustellen.=. Zur Abhilfe kann man bei dem bekannten Motor nur über die. ■ Stellschrauben die Anpreßkräfte zwischen Zylinderkörper und Steuerspiegel erhöhen, wodurch wiederum die Reibung, zwischen den Teilen erhöht wird und der mechanische Wirkungsgrad.abfällt.

Weiterhin ist aus der DT-AS 1 285 891 eine Einrichtung zum hydraulischen Anpressen des Steuerspiegelkorpers an die. -Stirn—, ■ fläche der umlaufenden Zylindertrommel einer Axialkolbenmaschi- ψ ne bekannt. Bei dieser Maschine, die ebenfalls eine, "eingezogene Steuerung" hat, v/erden Schwierigkeiten, die beiν der Abdichtung zwischen ■ Zylinderkörperstirnfläche und Steuerspiegel ~ entstehen, dadurch"überwunden, daß der Steuerspiegelkörper an seiner dem Zylinderkörper abgewandten Ceite einen stufenkol— benartigen Fortsatz aufweist, der mit Druck beaufschlagt wird. Dadurch wird eine axiale Anpreßkraft auf den Steuerspiegelkörper ausgeübt, die diesen in dichtender Berührung mit dem Zylinderkörper hält.

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Die an sich recht einfache Lösung weist den gleichen Nachteil wie die zuerst beschriebene Maschine auf, nämlich daß ein' stabiler Lauf nur durch Erhöhung der Anpreßkraft erreicht wird, und damit die oben beschriebenen nachteiligen Wirkungen auftreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit einem einfachen Momentenausgleich zu schaffen, bei der auch bei sehr hohen Betriebsdrücken keine Abdichtungsprobleme auftreten und die sich durch einen stabilen Lauf auszeichnet.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der Zylinderkörper nahe seinem steuerspiegelseitigen Ende durch mindestens einen kolbenartig ausgebildeten Lagerkörper radial abgestützt wird.

Das hat den Vorteil, daß ein Kippen des Zylinderkörpers und damit das Entstehen eines größeren Spaltes zwischen dem Steuerspiegel und der damit zusammenarbeitenden Stirnfläche des Zylinderkörpers auch bei sehr höhen Drücken sicher vermieden wird. .

Es ist außerdem sehr vorteilhaft, wenn der Zylinderkörper den Steuerspiegelkörper nur an einer am Steuerspiegel erhaben ausgebildeten ringförmigen Dichtfläche berührt, in der die Steuerschlitze angeordnet sind, weil sich der Zylinderkörper dann frei nach dem Steuerspiegel ausrichtet. Durch das Fehlen von üblicherweise verwendeten Lauf- oder Gleitringen am Steuerspiegel wird eine mehrfach statisch unbestimmte Anlage der Zylinderkörperstirnflache am Steuerspiegel vermieden: Der Zylinderkörper kann leicht in dichtender Berührung mit

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den Dichtleisten der Steuerschlitze gehalten werden. Dies gilt auch dann, wenn die DichtIeisten durch Abrieb und Erosion - eine Folge der Verunreinigungen der Druckflüssigkeit - abgetragen worden sind.

Die radiale Abstützkraft kann besonders vorteilhaft an die verschiedenen Arbeitsbedingungen der Maschine angepaßt werden, wenn der kolbenartig ausgebildete Lagerkörper mit einem Steuerdurck beaufschlagt wird.

b Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe, ,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt durch eine andere

Axialkolbenpumpe, -

Fig. 3 eine. Ansicht des Steuerspiegels, Fig. U- eine Teilansicht einer mit dem Steuer-?

spiegel zusammenarbeitenden Zylinderkörperstirnfläche.

Das topfförmige Gehäuse 1 einer Axialkolbenpumpe hat einen ™ Innenraum 2, der durch einen Deckel 3 verschlossen ist. In Längsrichtung sind im Innenraum 2 des Gehäuses zwei Lager angeordnet; ein Wälzlager 4 ist im Boden des Gehäuses, .ein Gleitlager 5 in einer Sackbohrung im Deckel 3 angeordnet. In den Lagern ist eine Antriebswelle 6 gelagert, deren eines Ende durch den Boden des Gehäuses 1 hindurchgeführt ist. Durch eine Wellendichtung 7 ist der Innenraum 2 nach außen abgedichtet.

Die Antriebswelle 6 hat in einem Bereich nahe dem Wälzlager 4-einen verstärkten Bund, der eine Kei!verzahnung 8 trägt.

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Im Innenraum 2 des Gehäuses befindet sich ein Zylinderkörper 9, durch dessen mittige Bohrung 10 sich die Antriebswelle 6 erstreckt. An ihrem dem Wälzlager 4 zugewandten Ende verengt sich die Bohrung 10 und trägt dort eine Innenverzahnung, die mit der Keilverzahnung 8 der Antriebswelle 6 in Eingriff ist. Im gleichen Bereich ist der Zylinderkörper an seinem Außenumfang in einer an der Innenwand des Gehäuses 1 angeordneten Gleitbahn gelagert. Mit seiner am anderen Ende befindlichen Stirnfläche .14 liegt der Zylinderkörper 9 gegen den Steuerspiegel 15 eines im Deckel 3 befestigten Steuerspiegelkörpers 16 an.

Im Steuerspiegelkörper 16 sind zwei bogenförmige Steuerschlitze 17, l8 angeordnet, in die je eine Zu- 20 bzw.- Abflußbohrung 19 mündet.

Auf einem zu seiner Achse konzentrischen Kreis, der einen größeren Durchmesser hat als der Mittenkreis der Steuerschlitze 17* 18 sind im Zylinderkörper 9 mehrere achsparallel verlaufende Zylinder 12 angeordnet, in deren Kolben IJ dicht und gleitend geführt sind. Vom Boden der Zylinder 12 verlaufen schräge Durchgangsbohrungen 51, die auf einem Teilkreis in der Zylinderköprerstirnflache 14 mündet, der dem Mittenkreis der Steuerschlitze entspricht.

An seinem aus den Zylinder 12 herausragenden Ende hat jeder Kolben 15 einen Kugelkopf 22, der in der Kugelpfanne eines Gleitschuhs 23 gelagert ist.

Die Gleitschuhe legen sich gegen eine im Innenraum 2 nahe dem Wälzlager 5 schwenkbar angeordnete und mit einer Gleitbahn versehene, ringförmige Schiefscheibe 24, durch die die Antriebswelle 6 hindurchgeführt ist. (Die Schiefscheibe 24 ist in der Zeichnung um 90° verdreht dargestellt.)

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An dem der Schiefscheibe abgewandten Ende der Keil verzahnung 8 liegt ein Zwischenring 25 an, auf den sich eine in dem von der Bohrung 10 und der Antriebswelle 6 gebildeten Ringraum angeordnete Feder 26 abstützt. Mit. ihrem anderen Ende liegt die Feder 26 gegen einen in der Bohrung 10 angeordneten Sprengring 27 an.

In einem Bereich nahe dem steuerspiegelseitigen Ende des" Zylinderkörpers 9 ist dieser durch einen kolbenartig ausgebildeten . Lagerkörper 28 radial abgestützt. Der Lagerkörper 1st dicht und gleitend in einer zum Innenraum 2 offenen Bohrung 29 in der Wandung fc des Gehäuses geführt.. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel liegen sich der Lagerkörper 28 und die resultierende Druckkraft des druckseitigen Steuerschlitzes 19 in einer durch die Maschinen---achse gehenden Ebene - der Zeichenebene - gegenüber. Werden mehrere Lagerkörper' 28 verwendet, so müssen sich die resultierende Lagerkraft und,die resultierende Druckkraft in einer Ebene gegenüberliegen.

Von dem unter dem Lagerkörper 28 gelegenen Raum geht eine Druckleitung ^O zur Abflußbohrung 19 im Deckel J5.

Wird die Antriebswelle 6 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben, so wird der Zylinderkörper 9 in Rotation versetzt. Die ™ an der Schiefscheibe sich abstützenden Kolben beginnen dann den bekannten Pumpvorgang, auf dessen Beschreibung hier verzichtet . werden soll. ^

Da infolge der "eingezogenen Steuerung" - deren Vorteil ist ein kleinerer Einlaufwiderstand in den Zylinder wegen der geringeren

unti ticLciute.^1)

Umfangsgeschwindigkeitre~±ne—basis ere Füllung der Zylinder - die resultierende Druckkraft aller Zylinder einen anderen radialen Abstand hat als die in den Mündungen der Durchgangsbohrungen 21 auf die Zylinderkörperstirnfläche 14 wirkende resutierende Druckkraft,

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entsteht ein Moment, das den Zylinderkörper 9 gegenüber dem Steuerspiegel kippen will. Dieses Moment ist dem im System vorhandenen Druck direkt proportional. Durch den ebenfalls mit Systemdruck beaufschlagten, kolbenartig ausgebildeten Lagerkörper 29 wird dieses Moment ausgeglichen. Dabei wird die axiale Anpreßkraft, mit der die Zylinderkörperstirnflache 14 gegen den Steuerspiegel gepreßt wird, nicht erhöht.

Eine andere Ausführungsform einer Axialkolbenmaschine ist im Teilschnitt in den Fig. 2 und 3 dargestellt.

Die dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechenden Teile haben gleiche Bezugsziffern und werden auch in der Beschreibung nicht noch einmal erwähnt.

Der in dem Gehäuse 1 der Axialkolbenmaschine angeordnete Zylinderkörper 9 liegt mit seiner Stirnfläche 14 gegen den Steuerspiegel 15' des Steuerspiegelkörpers 16' an. Am Steuerspiegel 15 befindet sich eine erhaben ausgeführte, ringförmige Dichtfläche J1, in der die Steuerschlitze 17*18 so angeordnet sind, daß innerhalb und außerhalb von diesen etwa gleich breite Dichtleisten stehen bleiben. Lauf- oder Gleitringe mit größerem Durchmesser als der der Dichtfläche 31 sind bei diesem Steuerspiegel nicht vorgesehen. Der Zylinderkörper richtet sich frei nach der Dichtfläche aus.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des ersten Ausführungsbeispiels liegt darin, daß in die Druckleitung 30' ein in einem Gehäusefortsatz 32 angeordnetes Ventil geschaltet ist. Dieses Ventil hat einen In einer Zylinderbohrung 33 dicht und gleitend geführten, von einer Feder 34- belasteten Kolbenschieber 35· In den vor der Stirnfläche 36 des Kolbenschiebers 35 gelegenen, der Feder 34- abgev/andten Raum mündet eine Steuerleitung 37· In den Kolbenschieber 35 sind zwei Ringnuten eingeschnitten, welche Ringräume 38, 3§ bilden. Der dem federbelasteten Ende des Kolbenschlebers 35 zugewandte Ringraum 39 ist mit dem Innenraum 2 der Axialkolbenpumpe bzw.

mit einem

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drucklosen Raum verbunden. In den anderen Ringraum 38 mündet die Druckleitung 30' . Eine dritte Leitung 40 verbindet je nach- der Stellung des Kolbenschiebers 55 einen der Ringräume 38, 39 mit dem unter dem kolbenartig ausgebildeten Lagerkörper 28 gebildeten Raum.

Der Lagerkörper 28 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mit einem an sich bekannten Gleitschuh.Al versehen, der in seiner Gleitsohle einhydrostatisches Entlastungsfeld hat und am Zylinderkörper 9 anliegt. -

Innerhalb des druckseitigen Steuerschlitzes 1.7 sind nahe dessen beiden Enden je eine taschenartige Ausnehmung 42 angeordnet., die den über die Dichtfläche tretenden Leckstrom auffangen. Die Taschen sind in Umfangsrichtung und radial nach innen durch elastische Mittel dicht abgeschlossen. Von den Ausnehmungen 42, die-über einen Flüssigkeitskanal 43 verbunden sind, geht die Steuerleitung 37 aus. Von der Steuerleitung 37 zweigt eine über eine Drossel A3' geführte Leckleitung 44 zum Vorratsbehälter 45 ab.

Das beschriebene Ventil arbeitet folgendermaßen: Der über die Dichtfläche am druckseitigen Steuerschlitz 17 tretende■Leckstrom■ fließt in die abgedichteten Ausnehmungen 42 und von dort über die Drossel 43'in die drucklose Leckleitung 44. Über die Steuerleitung 37 wirkt der sich in den Ausnehmungen 42 aufbauende Druck, der eine Funktion des Leckstroms ist, auf die Stirnfläche J>6 des Steuerschiebers 35. Vergrößert sich z. B. infolge Kippen des Zylinder-' körpers in der Zeichenebene der Fig. 2 der Leckstrom zu den Ausnehmungen 42 hin, so vjird schließlich der Steuerschieber 35 gegen &* Wirkung der Feder 34 verschoben. Er veründet dann den Raum unter dem Lagerkörper 28 mit der Druckleitung 30*. Die Druckkraft unter dem Lagerkörper 28 wächst und dreht den gekippten Zylinderkörper so weit in seine normale Lage zurück, daß der Leckstrom zu den Ausnehmungen 42 wieder auf seinen vorbestimmten Wert abfällt. Fällt dagegen der Leckstrom unter den Sollwert, so drosselt der Steuer-

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schieber 55 den Zufluß zu dem unter dem Lagerkörper 28 gelegenen Raum, wodurch der Druck unter dem Lagerkörper wegen seiner Leckage abfällt und sich der Zylinderkörper der Kippstellung wieder nähern kann.

Soll die dargeste Ute Pumpe auch in.der anderen Drehrichtung benutzt werden, so müssen entsprechende.Ausnehmungen 42 auch an dem -anderen Steuerschlitz angeordnet werden. Die Verbindung zur Steuerleitung 37 müßte dann z. B. über Rückschlagventile geführt werden, die den Flüssigkeitskanal zur jeweiligen Saugseite verschließen. ;--..."■

Natürlich können erfindungsgemäße Lagerkörper mit entsprechend angeordneten taschenförmigen.Ausnehmungen in jeder beliebigen Winkelebenej in der ein etwa auftretendes Kippen des Zylinderkörpers verhindert v/erden muß, angeordnet wer den.

Das Momentengleichgewicht am Zylinderkörper wird gestört, wenn sich die auf einen Zylinder entfallende und rom jeweils im Zylinder herrschenden Druck beaufschlagte Schlitzlänge während der Rotation ändert. Dies wird dadurch weitgehend vermieden, daß die Durchgangsbohrungen 21 (Fig. 4) der Zylinder 12 in eine durch schmale Stege 46 in Abschnitte 47 aufgeteilte Ringnut münden, die in Breite und Mittenkreis den Steuerschlitzen 'VJ, l8 entspricht.

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Claims

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Ansprüche; ■

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/1.!Axialkolbenmaschine, Pumpe oder Motor, mit einem drehbar - : ^"^/- gelagerten, mit Kolben aufnehmenden Zylindern versehenen Zylinderkörper, der mit einem Steuerspiegel zusammenarbeitet,, dessen Steuerschlitze auf einem kleineren, höchstens gleich großen Mittenkreis liegen wie der Teilkreis der Zylinder, und mit einer Andrückvorrichtung, die eine dichtende Berührung zwischen Zylinderkörper und Steuerspiegelkörper erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (9) nahe seinem steuerspiegelseitigeri Ende durch mindestens einen kolbenartig ausgebildete Lagerkör-per (28) -radial abgestützt v/ird.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderkörper (9) den Steuerspiegelkörper (l6, 16') nur an einer am Steuerspiegel (15* 15') erhaben ausgebildeten

ringförmigen Dichtfläche (51) berührt, in der die Steuer-

* schlitze (17, 18) angeordnet sind.

3* Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da- ^: durch gekennzeichnet, daß der kolbenartig ausgebildete Lagerkörper (9) mit dem Förder- bzw. Arbeitsdruck der Maschine beaufschlagt wird. /

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4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß der kolbenartig ausgebildete Lagerkörper (9) mit einem Steuerdruck beaufschlägt wird. ·

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daS der Steuerdruck für den Lagerkörper (28) von dem die Dichtfläche (j5l) am druckseitigen. Steuerschlitz (17) .überströmenden und in wenigstens einer rinnerhalb des druckseitigen Steuerschlitzes (17) nahe dessen Ende gelegener Ausnehmung (42) aufgefangenen Leckstrom geregelt wird.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dai von der Ausnehmung (42) eine Steuerleitung (37) zu einem vor der einen Stirnfläche (36) eines in einer Zylinderbohrung dicht und gleitend geführten Kolbenschiebers (35) gelegenen Raum führt, und daß in den auf der anderen Stirnfläche von einer Feder (34) belasteten Kolbenschieber (35) zwei Ringnuten eingeschnitten sind, welche Ringräume (38, 39) bilden, von denen der dem federbelasteten Ende zugewandte Ringraum (39) mit dem Innenraum der Axialkolbenmaschine bzw. mit einem drucklosen Räum verbunden ist und von denen der andere Ringraum mit der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine verbunden ist, und daß je ein Ringraum über eine dritte Leitung (4o) mit dem unter dem kolbenartig ausgebildeten Lagerkörper (28) befindlichen Raum verbindbar ist.

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7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuerleitung ("57). eine über eine Drossel (4j) geführte Leckleitung (44) zum Vorratsbehälter (45) abzweigt.

8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis Y, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerkörper (28) mit einem an sich bekannten Gleitschuh (41) versehen ist, der an dem Zylinderkörper (9) anliegt.

9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche-1 bis 8,'dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Steuerschlitzen (17* 18) zusammenarbeitenden, in der dem Steuerspiegel (15* 15^r) zugewandten Stirnfläche (l4) des Zylinderkörpers (9) angeordneten Durchgangsbohrungen (21) der Zylinder (12) in eine durch schmale radiale Stege (46) in Abschnitte (47) aufgeteilte Ringnut münden, die in Breite und Mittenkreis den Steuerschlitzen (17, l8) entsprechen.

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