DE2228884A1

DE2228884A1 - Radialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2228884A1
Application number: DE2228884A
Authority: DE
Inventors: Gaylord Orville Ellis; John Anthony Halat
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1971-06-28
Filing date: 1972-06-14
Publication date: 1973-01-18
Also published as: AU460768B2; JPS5323530B1; DE2228884C3; DE2228884B2; AU4105472A; CA959340A; IT960273B; US3698286A; SE378649B; GB1356350A; FR2144257A5

Description

SPERRY. RAND CORPORATION '.

Radialkolbenmaschine

Es sind Radialkolbenmaschinen (Pumpe oder Motor) bekannt, deren sich drehende Zylindertrommel so befestigt ist, daß sich ihre Sitzlage auf der feststehenden Steuerscheibe verändern kann, und die mit einer Einrichtung versehen sind, .die die infolge Reibungswiderstandes rait der sich drehenden Zylindertrommel und den Kolben umlaufenden Flüssigkeitsraenge verringert. Dadurch wird die Stärke des Flüssigkeitsdrucks herabgesetzt, der auf die Zylindertrommel wirkt und sie in eine Kipplage versetzen kann, die sie von dem Steuerspiegel abhebt, und die maximale Drehzahl einer solchen Maschine erhöht. Damit wurde zwar ein Fortschritt erreicht und die Leistung von mit einer solchen Erfindung versehenen Maschinen entscheidend verbessert; es sind jedoch immer noch Flüasigkeits-Restdrücke vorhanden, die die Zylindertrommel in eine Kipplage versetzen können, obwohl die Größe dieser Kräfte nur noch gering ist«

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Leistung von Axialkolbenmaschinen (Pumpe, oder Motor) weiter* zu ver~ bessern, indem die im Maschinengehäuse umlaufende Flüssigkeit so gerichtet wird, daß die FlUssigkeitsdruekkräfte an der Zylindertrommel in entgegengesetzter Richtung wirken und in ihrer Größe im wesentlichen ausgeglichen sind, so daß die infolge des hydrostatischen Drucks der umlaufenden Flüssigkeit ai^t der Zylindertrommel auftretenden Kippkräfte praktisch ausgeschaltet werden.

Dazu wird in einer Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit Schiefscheibe und sich drehender Zylindertrommel, in

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der Kolben axial angeordnet sind, die das Antriebsdrehmoment durch Hebelwirkung übertragen, und mit einer Antriebswelle, auf der im rechten Winkel ein Steuerspiegel sitzt, wobei die Zylindertrommel so frei mit der Antriebswelle verbunden ist, daß sich ihre Sitzlage auf dem Steuerspiegel verändern kann, eine Verbesserung derart vorgenommen; daß das die Zylindertrommel umgebende Innere des Pumpengehäuses exzentrisch im Bezug auf die Zylindertrommel ausgebildet ist, und daß die von der Flüssigkeit durchströmte Höhe des Spalts im Bereich des größten Kolbenaustritts größer ist als im Bereich des kleinsten Kolbenaustritts .

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen zeigen

Fig. 1 einen Längschnitt einer Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig.1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der auf die Zylindertrommel wirkenden Hauptkräfte.

In Fig. 1 ist eine übliche Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) dargestellt, die ein Gehäuse 10 und eine Steuerspiegel 12 besitzt, und in der eine Antriebswelle 14 in einem hinteren Antriebswellenlager 16 und einem vorderen Antriebswellenlager 18 gelagert ist. Der Steuerspiegel 12 ist mit Saug- und Druckleitungsanschlüssen versehen, die mit den üblichen bogenförmigen Austrittsöffnungen der Steuerfläche 22 des Steuerspiegels 12 verbunden sind. Tm Gehäuse 10 ist eine Schiefscheibe 24 starr befestigt, auf der Kolbenschuhe 26 gleitend angebracht sind, in denen aus in einer sich drehenden Zylindertrommel 32 angebrachte Zylindern 30 austretende Kolben 28 angelenkt sind.

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Die Zylindertrommel 32 sitzt auf der als Keilwelle 34 ausgebildeten Antriebswelle 14. Diese Befestigung erlaubt eine geringe axiale und Winkelverlagerung, so daß. sich die Sitzlage der Zylindertrommel 32 auf der ebenen Steuerfläche 22 des Steuerspiegeis 12 verändern kann. Durch eine Zylindertrommelfeder 36 wird die Zylindertrommel auf dem Steuerspiegel gehalten. In derselben Art wirktauch der Flüssigkeitsdruck, der durch den Vorsprung an der Abschlußseite der Zylinder 30 erzeugt wird.

Die vorstehende Darstellung kann als typisch für Axialkolbenmaschinen der bisher üblichen Bauart bezeichnet werden. In Fig. 3 werden die auf die Zylindertrommel v/irkenden Kräfte schematisch dargestellt, die die Tendenz der Zylindertrommel, eine ebene Sitzlage auf dem Steuerspiegel einzunehmen, unterstützen oder ihr entgegenwirken, wobei die Zylindertrommel sich frei um den Mittelpunkt A auf der Keilwelle 34 bewegt. Das durch die auf die verschieden weit heraustretenden Kolben wirkende Zentrifugalkraft erzeugte Drehmoment ist als Kräftepaar B dargestellt. Dieses Kräftepaar versucht, die Zylindertrommel von dem Steuerspiegel abzuheben, da die Zylindertrommel ja um den Mittelpunkt A schwenkbar ist. Das durch die Zylindertrommelfeder 36 erzeugte Kräftepaar C wirkt diesem Versuch entgegen. Die Kräftepaare lassen sich leicht errechnen; die Federkraft wird so gewählt, daß die Zylindertrommel bei jeder gewünschten Umdrehungszahl auf dem Steuerspiegel gehalten wird. Es hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß besonders bei höheren Drehzahlen die Federkraft höher sein müßte als berechnet,- wenn die Zylindertrommel keine Kippbewegungen ausführen soll. Da jedoch Reibung und Verschleiß der Steuerflächen vermieden werden müssen, dürfen die Anpresskräfte sowohl der Zylindertrommelfeder alsauch der Flüssigkeitskraft im Zylinder nicht hoch sein.

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In Axialkolbenmaschinen (Pumpe oder Motor) der bisher üblichen Bauart ruft bei druchströmtem Gehäuse die schnelle Umdrehung von Zylindertrommel und Kolben eine Kreisbewegung der Flüssigkeit im Gehäuse 10 hervor. Diese Flüssigkeit nimmt beim Druchströmen der in Fig. 1 ,obenliegenden Fläche die mit dem Maß D bezeichnete Fläche ein. Beim Durchströmen der in Fig. 1 untenliegenden Fläche wird dagegen eine viel kleinere Fläche, nämlich die mit dem axialen Maß E bezeichnete, eingenommen. Dies führt zu wesentlich unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den beiden Flächen. Da die gesamte Energie der sich im Kreis bewegenden Flüssigkeit im wesentlichen gleich bleibt, folgt daraus, daß der Staudruck einer. Flüssigkeit in der in Fig. 1 untenliegende Fläche einer gebräuchlichen Maschine sehr hoch sein muß, während er beim Durchströmen der obenliegenden Fläche verhältnismäßig klein ist. Der statische Druck verhält sich dagegen gerade umgekehrt, und gerade der statische Druck wirkt, wie die Bernoullische Gleichung zeigt, auf die Zylindertrommel. In einer gebräuchlichen Maschine würden deshalb die statischen Drücke in Fig. 1 oben am größten sein und ein Kräftepaar erzeugen, das am Mittelpunkt A angreifend versucht, die Zylindertrommel in eine Kippbewegung zu versetzen.

Dies kann jedoch im wesentlichen vermieden v/erden, wenn das Innere des Gehäuses exzentrisch im Bezug auf die Antriebswelle in dem der seitlichen Wandung der Zylindertrommel axial gegenüberliegenden Bereich ausgebildet ist. Diese Unruridheit ist so beschaffen, daß der Spalt zwischen dem Gehäuse und der Zylindertrommel in Fig. 1 oben klein ist und unten groß; dies führt zur Erzeugung hydrostatischer Kräfte F und G (Fig. 3), die entsprechen klein bzw. groß sind. Die sich am hinteren Ende der Zylindertrommel im Kreis drehende Flüssigkeit führt infolge der vorstehenden Kolben 30 und der unterschiedlichen axialen Abstände oben und unten zu den hydrostatischen Druckkräften H und I, die ihrerseits groß bzw. klein sind.

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Um diese beiden in Drehbewegung befindlichen und einerseits auf die seitliche Wandung der Zylindertrominel wie andererseits auf ihr hinteres Ende wirkenden. Flüssigkeiten zu trennen, ist ein kreisförmiger Steg 38 vorgesehen, der gegenüber der Zylindertrommel nur einen kleinen Spalt freiläßt. Es kreist also die Flüssigkeit auf der rechts liegenden Seite des Stegs 38 oben in Fig. 3 rascher als unten, während links von dem Steg 38 die relative Geschwindigkeit der Flüssigkeit gerade umgekehrt ist. Der Grad der Unrundheit des Inneren des Gehäuses kann ~ go ausgelegt werden, daß das durch die algebraische Summe der Kräfte F und G erzeugte Kräftepaar dem durch die Summe der Kräfte H und I erzeugten gleich und entgegengesetzt ist.

.Im besonderen Fall kann dies bei jeder Maschine durch Versuche ermittelt werden. So zeigten sich zum Beispiel bei einem gebräuchlichen Flüssigkeitsmotor Kippbewegungen der Zylindertrommel bei Drehzahlen um 3500 U/min. In einer Maschine derselben Bauart, die jedoch mit der vorliegenden Erfindung ausgestattet war, konnten Drehzahlen über 4500 U/min ohne Kippbewegung erreicht werden.

Claims

Pat en tansprüche

ίΐ) Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit einer Schief·" scheibe, mit einer sich drehenden Zylindertrommel, in der Kolben axial angeordnet sind, die das Antriebsdrehmo·*· ment durch Hebelwirkung übertragen, und mit einer Antriebswelle, auf der im rechten Winkel ein Steuerspiegel sitzt, wobei die Zylindertrommel so frei mit der Antriebswelle verbunden ist, daß sich ihre Sitzlage auf dem Steuerspiegel verändern kann,
dadurch gekennzeichnet, daß das die Zylindertrommel umgebende Innere des Pumpengehäuses exzentrisch im Bezug auf die Zylindertrommel ausgebildet ist, und daß die von der Flüssigkeit durchströmte Höhe des Spalts im Bereich des grössten Kolbenaustritts geringer ist als im Bereich des kleinsten Kolbenaustritts.
2. Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem konzentrischen kreisförmigen Steg versehen ist, der in engster Nachbarschaft der Zylindertrommel und in grösserem Abstand vom Steuerspiegel abgeordnet ist.
3. Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mjt einem Steg versehen ist, der die durch Rei-

2 ü U 8 B 3 / Q β 2 3 .

bungswi der stand von der Zylindertrommel in Drehung gebrachte Flüssigkeit von der mit den hervorstehenden Kolben sich drehenden Flüssigkeit trennt.

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