DE2222394A1

DE2222394A1 - AXIAL PISTON MACHINE

Info

Publication number: DE2222394A1
Application number: DE19722222394
Authority: DE
Inventors: Nils Dipl-Ing Fredriksen; Manfred Dr-Ing Kahrs
Original assignee: Claas Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Claas Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 1972-05-06
Filing date: 1972-05-06
Publication date: 1973-11-22

Description

"Axialkolbenmaschine" Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit ungerader Kolbenzahl und sich an die Steueröffnung des Steuerbodens anschließenden, zur Vorsteuerung wirksamen DrosselKanälen. "Axial piston machine" The invention relates to an axial piston machine with an odd number of pistons and adjoining the control opening of the control floor, for pilot control of effective throttle channels.

Axialkolbenmaschinen werden wegen der geringen Volumen strompulsation mit ungerader Kolbenzahl, vorzuqsweise mit 7 oder 9 Kolben gefertigt.Axial piston machines are due to the low volume flow pulsation with an odd number of pistons, preferably made with 7 or 9 pistons.

Da jeder Kolben nro Umdrehung einmal mit Niederdruck und einmal mit Hochdruck beaufschlagt wird und die beiden nierenförmigen Steueröffnungen des Steuerbodens meist symmetrisch zu den Totpunktlagen der Kolben liegen, hat eine ungerade Kolbenzahl zur wolle, daß die Zahl der mit Hochdruck bzw. Niederdruck beaufschlagten Kolben z ständig zwischen schwankt, und zwar z mal nro Umdrehung. Wenn Fk die Kolbenfläche eines Kolbens bedeutet, dann schwankt die unter Hochdruck bzw. Niederdruck stehende Gesamtkolbenfläche dementsprechend zwischen Dieser rasche Wechsel der Gesamtkolbenflache hat einen entsprechenden Wechsel der an den Kolben und am Z'jlinderblock wirkenden Kräfte zur Folge. Die Kolben stützen sich auf der Schwenkscheibe ah und der Zylinderblock kann mit der Welle fest verbunden sein. Aus dem beschriebenen Kräftewechsel folqen somit schnell pulsierende Stöße auf Schwenkscheibe und Schwenkscheibenlagerung sowie auf die Verbindung Zylinderblock mit Welle, auf die Wellenlagerung und schließlich auf das Maschinengehäuse. Eine hohe mechanische Beanspruchung der betroffenen Teile mit Dauerbruchgefahr und erheblicher Herabsetzung der Laaerlebensdauer ist die Folqe. Weiter entstehen durch den schnellen Kräftewechsel lästige mechanische Geräusche.Since each piston nro revolution is acted upon once with low pressure and once with high pressure and the two kidney-shaped control openings of the control base are usually symmetrical to the dead center positions of the pistons, an odd number of pistons has to be desired that the number of pistons subjected to high pressure or low pressure is constantly between fluctuates, namely z times nro rotation. If Fk means the piston area of a piston, then the total piston area under high pressure or low pressure fluctuates accordingly between This rapid change in the total piston area results in a corresponding change in the forces acting on the piston and on the cylinder block. The pistons are supported on the swivel plate ah and the cylinder block can be firmly connected to the shaft. As a result of the change of forces described, rapidly pulsating impacts on the swivel plate and swivel plate bearing and on the connection between the cylinder block and the shaft, on the shaft bearing and finally on the machine housing. A high mechanical stress on the affected parts with the risk of fatigue breakage and a considerable reduction in the service life of the Laaer is the consequence. Furthermore, annoying mechanical noises arise due to the rapid change of forces.

Es sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden, die auftretenden Druckstöße durch Vorsehen von Druckausgleichsnuten oder Drosselkanälen zu mildern. Hierzu ist es bereits bei einem Steuerspiegel mit positiver Überdeckung bekannt, an jedem Ende jeder nierenförmiqen Steueröffnung eine lanqe, keilförmige Druckausgleichsnut vorzusehen, wobei die Spitzen der zueinander hinweisenden Druckausgleichsnuten immer noch einen Abstand voneinander einhalten, der eine positive Uberdeckung zur Folqe hat. In der Praxis hat sich gezeigt, daß mit einer derartiqen Ausqestaltunq die unerwünschen Druckstöße nicht beseitigt werden können, andererseits aber in diesen Keilnuten hohe Energieverluste auftreten.Various proposals have already been made, the ones that arise To alleviate pressure surges by providing pressure compensation grooves or throttle channels. For this purpose, it is already known for a control table with positive overlap, at each end of each kidney-shaped control opening a long, wedge-shaped pressure compensation groove to be provided, the tips of the pressure compensation grooves pointing towards one another always still maintain a distance from one another that results in a positive overlap Has. In practice it has been shown that with such an Ausqestaltunq the undesired pressure surges cannot be eliminated, but on the other hand in these Keyways high energy losses occur.

Weiterhin ist es bekannt, Drosselkanäle lediglich an den Einsteuerseiten der Steuernieren vorzusehenQ Fur eine optimale Bemessung des Winkelbereichs, über den sich diese Drosselkanäle erstrecken sollen, qab es bisher jedoch keine klaren und eindeutigen Regeln, so daß die Bemessung der Vorsteuerkanäle nach unwissenschaftlichen und falschen Gesichtspunkten vorgenommen wurde. Dementsprechend waren die bisherzerzielten Ergebnisse mit solchen Vorsteuerkanälen nicht befriedigend.Furthermore, it is known to have throttle channels only on the inlet sides of the control kidneys should be provided for an optimal dimensioning of the angular range over which these throttle channels are supposed to extend, however, have so far not been clear and unambiguous rules, so that the dimensioning of the pilot control channels according to unscientific and wrong points of view. The results achieved so far were accordingly Results with such pilot channels are not satisfactory.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Axialkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, deren Vorsteueröffnungen so angeordnet und bemessen sind, daß die Druckänderungen in den ein- bzw. aussteuernden Zylinderräumen so ablaufen, daß der Kräftewechsel völlig oder weitgehend aufgehoben wird.The object of the invention is to provide an axial piston machine of the type mentioned to create, the pilot openings so arranged and are dimensioned so that the pressure changes in the cylinder chambers to be controlled or released proceed in such a way that the alternation of forces is completely or largely canceled.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der im wesentlichen dem wirksamen Drehwinkelbereich entsprechende Drehwinkelbereich Kder Drosselkanäle der Bedingung genügt, wobei z die Anzahl der Kolben ist.This object is achieved according to the invention in that the angle of rotation range K of the throttle channels, which essentially corresponds to the effective angle of rotation range, meets the condition suffices, where z is the number of pistons.

Bei Einhaltung dieser Bedingung steigt der Druck in den einsteuernden Zylinderkammern praktisch im gleichen Maße wie der Druck in den aussteuernden Zylinderkammern sinkt. Theoretisch läßt sich bei Einhaltunq dieser Bedingung eine konstante auf Schwenkscheibe und Zylinderblock wirkende Xraft erzielen. In der Praxis ergeben sich jedoch Werte, die mit nur geringer Amnlitude um einen konstanten Mittelwert nendeln, und zwar deshalb, weil der Druckaufbau und Druckabbau über die Drosselkanäle nicht linear verläuft.If this condition is met, the pressure increases in the controlling device Cylinder chambers practically to the same extent as the pressure in the modulating ones Cylinder chambers sinks. Theoretically, if this condition is met, a constant can be obtained Swivel plate and cylinder block achieve effective Xraft. Surrendered in practice however, values with only a small amplitude around a constant mean value tend to tend, because the pressure build-up and pressure reduction via the throttle channels does not run linearly.

Nachstehend wird die Erfindunq anhand der Zeichnunq im einzelnen näher erläutert. Es zeichen: Fig. 1 eine Draufsicht auf. einen Steuerspiegel einer Axialkolbenmaschine mit zwei Steuernieren und Drosselöffnungen an den Einlaufseiten der Steuernieren, Fig. 2 eine Abwicklung eines Steuerspieqels entlang A-A in Fiq. 1, jedoch ohne Vorsteueröffnungen, Fig. 2a den zugehörigen Kraftverlauf über den Drehwinkel oc, Fig. 3 einen Schnitt entlang A-A in Fig. 1, mit einer ersten Ausfürungsform einer Vorsteueröffnung, Fig. 3a den zugehörigen Kraftverlauf iiber den Drehwinkel, Fig. 4 einen Schnitt entlang A-A gemäß Fig. 1, mit einer zweiten Ausführungsform der Vorsteueröffnung; Fig. 4a den zugehoriqen Kraftverlauf über den Drehwinkel, Fig. 5 einen Schnitt entlang A-A in Fig. 1, mit einer dritten Ausführungsform einer Vorsteueröffnung, Fig. 5a den zugehörigen Kraftverlauf über den Drehwinkel.The invention is explained in more detail below with the aid of the drawing explained. It signs: Fig. 1 is a plan view. a control plate of an axial piston machine with two control kidneys and throttle openings on the inlet sides of the control kidneys, FIG. 2 shows a development of a control mirror along A-A in FIG. 1, but without pilot openings, 2a shows the associated force curve over the angle of rotation oc, and FIG. 3 shows a section along A-A in Fig. 1, with a first embodiment of a pilot opening, Fig. 3a shows the associated force curve over the angle of rotation, FIG. 4 shows a section A-A according to FIG. 1, with a second embodiment of the pilot control opening; Figure 4a the associated force profile over the angle of rotation, FIG. 5 shows a section along A-A in Fig. 1, with a third embodiment of a pilot opening, Fig. 5a the associated force curve over the angle of rotation.

In den Darstellungen sind der Hochdruckbereich mit lID und der Niederdruckbereich mit ND bezeichnet.The representations show the high pressure area with IID and the low pressure area labeled ND.

In den Zeichnungsfiguren ist der Druck p über den Hochdrucknieren und über einen Teil der Stege zwischen Hochdruck- und Niederdruckniere eingezeichnet.In the drawing figures, the pressure p is above the high pressure kidneys and drawn over part of the webs between the high-pressure and low-pressure kidneys.

Die Figuren zeigen, wie sich der pulsierende Kräfteverlauf mit der Länge der Vorsteuereinrichtung ändert.The figures show how the pulsating flow of forces evolves with the Length of the pilot control device changes.

In Fiq, 2 ist ein Steuerspieqel ohne Vorsteuereinrichtung in der Abwicklunq darqestellt, es sind ebenfalls die vorbeieilenden Öffnungen o der einzelnen Zylinderkammern einer 9-Kolben-Maschine anqedeutet. Beim Einsteuern der öffnungen o in die Hochdruckniere steiqt der Druck in den Zylinderkammern schlagartig an. Ebenso plotzlich baut sich der Druck beim Einsteuern in die Niederdruckniere ab. Entsnrechend schlagartig wechseln die auf Schwenkscheibe und Zylinderblock wirkenden Kräfte (vergl. Fiq. la). Die Größe der Kraft wechselt zwischen 360° Der Kräftwechsel tritt in einem Drehwinkelabstand von auf.In FIG. 2, a control mirror without a pilot control device is shown in the development; the openings o of the individual cylinder chambers of a 9-piston engine that hurry past are also indicated. When the orifices o are directed into the high pressure kidney, the pressure in the cylinder chambers rises abruptly. Just as suddenly, the pressure is reduced when steering into the low-pressure kidney. The forces acting on the swivel plate and cylinder block change suddenly (cf. Fiq. La). The magnitude of the force alternates between 360 ° The force change occurs at a rotation angle distance of.

z Bei der darqestellten 9-Kolben-Maschine findet der Kräftewechsel also alle 400 statt. Dieser Kräfteverlauf ist extrem ungünstig. z In the 9-piston machine shown, there is an alternation of forces so every 400 instead. This distribution of forces is extremely unfavorable.

Durch Vorsehen von Vortsteuereinrichtungen, beispielsweise Schlitzen,an der Einsteuerseite von Hochdruck- bzw Niederdruckniere kann der extrem ungünstige Kräfteverlauf verbessert werden.By providing pre-control devices, for example slots the inlet side of the high pressure or low pressure kidney can be extremely unfavorable The flow of forces can be improved.

Fig. 3 und 3a zeigen die Verhältnisse mit Vorsteuereinrichtungen, sich die über einen Drehwinkelbereich von erstrecken.3 and 3a show the relationships with pilot control devices that extend over an angle of rotation range of extend.

In der qezeiqten Darstellung ist der Druckanstieg bzw. der Druckabbau über der Vorsteuereinrichtung linear angenommen. Die in Fig. 3 und 3a darqestellten Verhältnisse sind zwar qiinstiger als die extrem ungünstigen Verhältnisse gemäß Fig. 2 und 2a, der Kräftewechsel erfolgt jedoch immer noch mit größtmöglicher Amplitude.In the representation shown is the pressure increase or the pressure decrease Assumed linear across the pilot control device. The illustrated in Fig. 3 and 3a Relationships are more dire than the extremely unfavorable conditions according to FIGS. 2 and 2a, however, the change of forces still takes place with the greatest possible Amplitude.

In Fiq. 4 und 4a sind die Verhältnisse fiir eine Vorsteueröffnung 360° dargestellt, deren wirksamer Winkelbereich beträgt. Bei z Einhaltunq dieser Bedingung steigt theoretisch der Druck in den einsteuernden Zylinderkammern im qleichen Haße an, wie der Druck in den aussteuernden Zylinderkammern sinkt. Diese Verhältnisse gelten aber nur für den Fall, daß der Druckanstieg bzw. Druckabbau linear erfolgt Der Drehwinkelabstand zwischen innerem Totpunkt und äußerem Totnunkt, also zwischen den Umschaltpunkten von Hochdruck auf Niederdruck und von Niederdruck auf Hochdruck beträgt 1800. Da die Kolbenzahl jedoch unserade ist, steuern die Zylinderkammeröffnungen abwechselnd in einem Drehwinkelintervall von 360 2 7 > in den Hochdruck- bzw. Niederdruckschlitz ein.In Fiq. 4 and 4a are the conditions for a pilot opening 360 ° shown, the effective angular range of which is. If z compliance with this Condition theoretically increases the pressure in the controlling cylinder chambers in the same Hate how the pressure in the modulating cylinder chambers drops. These conditions but only apply in the event that the pressure increase or pressure decrease takes place linearly The angle of rotation distance between inner dead center and outer dead center, i.e. between the switchover points from high pressure to low pressure and from low pressure to high pressure is 1800. However, since the number of pistons is unsuitable, the cylinder chamber openings control alternately in a rotation angle interval of 360 2 7> in the high pressure resp. Low pressure slot.

Betrachtet man nun unter der Voraussetzung, daß der wirksame Winkelbereich der Vorsteuernuten doppelt so groß ist wie das o.g.If we now consider under the premise that the effective angular range the pilot grooves is twice as large as the above

360° Drehwinkelintervall, also () ist und daß Druckaufbau und 2 z Druckabbau linear verlaufen - die gerade mit den Vorsteuernuten in Verbindung stehenden Zylinderkammern, so stellt man fest, daß die Summe der Drücke in diesen Kammern zwischen p/2 und 3 p/2 im gleichen Zyklus wechselt wie die Summe der Drücke der voll mit Hochdruck hzw. Niederdruck beaufschlagten Zylinderkammern zwischen Dies ergibt für jeden Drehwinkel eine konstante Kraft, denn beide Ausdrücke, sowohl als auch sind gleich Fk . p e wie in Fig. 4a dargestellt.360 ° angle of rotation interval, i.e. () and that the pressure build-up and 2 z pressure decrease are linear - the cylinder chambers that are currently connected to the pilot control grooves, one finds that the sum of the pressures in these chambers is between p / 2 and 3 p / 2 in the same cycle changes as the sum of the pressures of the full with high pressure hzw. Low pressure cylinder chambers between This gives a constant force for every angle of rotation, because both expressions, both as well as are equal to Fk. pe as shown in Fig. 4a.

In der Praxis stimmt diese Bedingung aber deshalb nicht, weil die Druckzunahme und Druckabnahme nicht, wie vorausgesetzt, linear.In practice, however, this condition is not true because the Pressure increase and pressure decrease not, as assumed, linear.

erfolgen, sondern nach der in Fig. 4 gestrichelten Linie. Aufgrund dieser Tatsache wird nicht die völlig konstante Kraft, wie sie in der ausgezogenen Linie in Fig. 4a dartestellt ist, erreicht, sondern der gestrichelte Kraftverlauf mit einer geringen Amplitude, wie er in Fig. 4a zu sehen ist.take place, but according to the dashed line in Fig. 4. Because of this fact will not have the completely constant force as it is in the The solid line shown in Fig. 4a is reached, but the dashed line Force curve with a low amplitude, as can be seen in Fig. 4a.

Fiq. 5 und 5a zeigen die Verhältnisse, wenn der Steuerspiegel einen etwas größeren, wirksamen Vorsteuerwinkel als 3600/2z aufweisen, im gezeigten Fall nämlich Auch bei dieser Ausführungsform werden geringere Kraftwechselamplituden erzielt und damit eine Verbesserunq gegenüber den üblichen Axialkolbenmaschinen.Fiq. 5 and 5a show the situation when the control plate has a slightly larger, effective pilot angle than 3600 / 2z, namely in the case shown In this embodiment, too, lower force change amplitudes are achieved and thus an improvement over the usual axial piston machines.

Zur Erzielung der gewünschten Wirkung ist nötig, daß der Winkelbereich der Vorsteueröffnung der Bedingung folgt.To achieve the desired effect, it is necessary that the angular range of the pilot opening meet the condition follows.

- Patentanspruch -- claim -

Claims

Axial piston machine with an uneven number of pistons and adjoining the control ports of the control base, effective for pilot control, characterized in that the angle of rotation range (α) of the throttle channels, which corresponds essentially to the effective angle of rotation range, of the condition inclined, where z is the number of pistons.

L e r s e i t e