DE2241204A1 - Vielzylindrige hydraulikmaschine - Google Patents

Description

Karl A. Brose

Dip!.-Ing.

D-8023 München - Pullach
Wienersfr.2,I.Mdin.7930570,793178Z

DB/MÜ-D.B.136P 8023 Pullach, den 22_O August 1972

ADVANCED PRODUCTS PTY. LIMITED, Carters Road, Dural, New South Wales, Australien

Vlelzylindrlge Hydraulikmaschine

Die Erfindung betrifft vielzylindrige Hydraulikmaschinen und insbesondere die Steuerflächen von drehenden vielzylindrigen Kolbenpumpen und Motoren (im folgenden unter dem Begriff Maschinen zu* sammengefasst) bei denen eine Zylindertrommel getrennte Steueröffnungen fürjeden Zylinder aufweist, die sich zu einer mit Steuer-Öffnungen versehenen Fläche öffnen, welche in dichter gleitender Berührung an einer ortsfesten, mit Steueröffnungen versehenen Gegenfläche dreht, welche die Haupteinlaß- und Aus !^öffnungen definiert.

Bei derartigen Pumpen und Motoren sind die drehenden und ortsfesten Steuerflächen normalerweise in Form von flachen, kreisförmigen Ringen ausgebildet, welche mit öffnungen bogenförmiger Gestalt durchbrochen sind und konzentrische Dichtungsflächen an der Ausseneeite und an der Innenseite der kreisförmigen Ringe definieren, wobei radial verlaufende Dichtflächen die Steueröffnungen voneinander trennen.

Die Erfindung besteht aus einer mehrzylindrigen Hydraulikmaschine derjenigen Art, die eine, erste mit einer Haupteinlaß- und Hauptauslaßöffnung durchbrochene Dichtfläche und eine zweite

309810/0722

Dichtfläche aufweist, die an der ersten Dichtfläche dreht und durch eine Anzahl von Zylindereinlaß- und Auslaßöffnungen durchbrochen ist und ist dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dichtfläche eine Anzahl von in dieser ausgebildeten Ausnehmungen aufweist, welche derart sind, daß der Rest der zweiten Fläche, welcher als jede Zylinderöffnung umgebende Dichtfläche wirkt, keine ringförmige ebene Zone aufweist, die zu der Rotationsachse konzentrisch ist.

In manchen Fällen können die einzelnen Ausnehmungen inselförmig ausgebildet sein (d.h. von sämtlichen Kanten der zweiten Fläche in Abstand angeordnet) und können mit Schmier- oder Kühlflüssigkeit über Bohrungen in dem Körper des sich bewegenden Bauteiles beschickt werden.

Vorzugsweise jedoch erstreckt sich jede Ausnehmung von einer Kante der zweiten Fläche und nimmt somit mehr oder weniger selbsttätig einen Vorrat an Flüssigkeit auf, die entweder die Hydraulikflüssigkeit ist, mit der der Motor betrieben wird oder die Flüssigkeit ist, die gepumpt wird, je nachdem welcher Fall vorliegt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einigen in den Zeichnungen beispielhaft veran-schaulichten Ausführungsformen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen jeweils eine skizzenhafte Ansicht einer mit Steueröffnungen versehenen Fläche oder einen Teil einer derartigen Fläche.

Figur 1 zeigt eine übliche ortsfeste, mit Steueröffnungen versehene Fläche derjenigen Art, welche die ßegenflache für die drehende Steuerfläche bildet, auf die die Erfindung zur Anwendung gelangt. Die Fläche ist eben und ist durch die Haupteinlaßöffnungen 5 und 6 durchbrochen, welche üblicherweise in Antistoß-Kerben,

bei ß'ezeifft

wie beispielsweise/7 enaen QnA die durch radial verlaufende Dichtbrücken 8 und 9 voneinander getrennt sind. Die Erfindung befasst

309810/0722

sich mit der zusammenwirkenden drehenden Steueröffnungsfläche und insbesondere mit demjenigen Teil der zusammenwirkenden Fläche, welcher gegen die konzentrischen ringförmigen Dichtzonen 10 und 11 anliegt.

Figur 2 zeigt eine übliche drehende Steueröffnungsfläche für eine Pumpe oder Motor mit neun Zylindern,-welche in inniger Berührung mit einer ortsfesten Steueröffnungsfläche, wie in Figur 1 veranschaulicht, dreht. Die Steueröffnungen 12 für die Zylinder (nicht dargestellt) sind durch radiale Brücken, wie beispielsweise 13 voneinander getrennt und durch konzentrische flache ringförmige Dichtzonen 14 und 15 miteinander verbunden. Der wirksam abgedichtete Flächenbereieh jeder Steueröffnung. 12 ist durch die schraffierte Fläche 16 angedeutet. Dieser Flächenbereieh ist vorzugsweise im wesentlichen gleich der Flächenausdehnung des dazugehörigen Zylinders, so daß der Schub des Flüssigkeitsdruckes in dem Zylinder im wesentlichen durch den entgegengesetzt gerichteten Schub von der auf dem schraffierten Bereich 16 wirkenden Flüssigkeitsdruck ausgeglichen ist. Hinzu kommt, daß der Schwerpunkt des schraffierten Bereiches 16 vorzugsweise im Mittelpunkt des dazugehörigen Zylinders liegt.

Während der Drehung stehen die beiden radialen Brücken 8 und 9» welche die Steueröffnungen gemäß Figur 1 voneinander trennen und die radialen Brücken 13, welche die Steueröffnungen nach Figur 2 veneinander trennen, lediglich kurz miteinander in dichtender Berührung und ihre Flächen sind der Flüssigkeit in den Steueröffnun-[ten während des größten Anteiles der Zeit während dor Drehung ausgesetzt. Aufgrund dieser Tatsache sind diese DichtfITehon gut gekühlt und häufig durch die Flüssigkeit in den Steueröffnungen benfetzt. Dies trifft jedoch nicht auf die konzentrischen Dichtringe I¹J und 15 zu, welche in ständiger inniger Dichtberührung mit den entsprechenden konzentrischen ringförmigen Dichtzonen 10 und 11 nach Figur 1 stehen, üblicherweise sind diese konzentrischen Dichtringe ungeschmiert und die einzige Kühlung erfolgt

309810/0722

durch Wärmeleitung durch das Metall. Aufgrund dieser Tatsache 1st es erforderlich, Materialpaarungen zu verwenden, bei denen die Lagacigenschaften den hauptsächlichen Oesichtpunkt bei der Auswahl bilden. Dies führt unvermeidbar dazu, daß eine Fläche aus einem harten Material und die andere Fläche aus einem weichen Material gewählt wird, welches üblicherweise einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist, so daß ein örtliches Schmelzen lediglich an einer Oberfläche auftritt, wenn Metall an Metall-Berührungen oder Lötungen während der Drehung auftreten. Im Betrieb wird das weiche Material mit harten schleifenden Teilchen angereichert, welche die harte" Oberfläche abschleifen, so daß ein Verschleiß der Dichtflächen, welcher zu hohen Leckverlusten führt, eine der Haptbegrenzungen der Betriebslebensdauer von Pumpen und Motoren darstellt.

Verschiedene Einrichtungen wurden bisher verwendet, um an diesen konzentrischen, ringförmigen Dichtflächen den Verschleiß so klein als mögUch zu halten, beispielsweise dadurch, daft eine zusätzliche Lageroberfläche vorgesehen wird, die für eine hydrodynamische Schmierung ausgebildet ist, so daß die Oberflächen während der Drehung in geringfügigem Abstand voneinander gehalten werden Dies führt jedoch zu vergrößerten Leckverlusten an den Steueröffnungen und verstärkt die Neigung dazu, dass schleifende Teilchen in die Zwischenflächen eindringen und in das weichere Material eingebettet werden und somit das härtere Material abschleifen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die drehenden Oberflächen, die auf den kreisförmigen Ringen 10 und 11 gemäß Figur lagern, in einer derartigen .V/eise auszubilden, daß die gesamten Flttchenberelche dieser Ringe 10 und 11 häufig der Flüssigkeit zum Kühlen und Wiederbenetzen während der Drehung ausgesetzt werden, während vorzugsweise das richtige hydrostatische Oleichgewicht an jeder Steueröffnung der Zyllndei/aufrechterhalten bleibt.

309810/0722

Nach den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird dieses dadurch erreicht, daß die Dichtfläche, welche den Ringen 14 und 15 nach Figur 2 entspricht, in einer schmalflächigen radial welligen Fornvausgebildet wird. Das radiale Wellenmuster dieser Flächen ist hierbei um jede Zylinderöffnung herum symmetrisch.

Die in Figur 3 veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung weist einen ringförmigen Bauteil auf, der durch Zylindereinlaß- und Auslaß-Steueröffnungen 17 durchbrochen, ist. Flache Ausnehmungen sind in dem Bauteil ausgebildet, welche aus Ausnehmungen 18 die sich von dem Aussenumfang des Bauteiles nach innen erstrecken, Ausnehmungen 19, welche sich vom Innenumfang des Bauteiles nach aussen erstrecken, Ausnehmungen 20, welche sich von den Aussenkantan der Steueröffnungen. 17 nach aussen erstrecken und Ausnehmungen 21, welche sich nach innen von den Innenkanten der Steueröffnungen 17 erstrecken, bestehen,;

Somit ist die reibende O-berflache des Bauteiles auf eine Dichtfläche verringert, welche aus dem.mehr oder weniger welligen Rest 22 der ursprünglich ringförmigen Fläche besteht. Die Ausnehmungen 18 reichen radial nach innen bis zu einem Radius R2, lfelcher nicht größer ist als der Radius Rl, der das Ausmaß definiert, indem die Ausnehmungen 20 radial nach aussen reichen. In ähnlicher Weise ist der Radius R3 nicht größer als der Radius R4, so daß die radial innen liegenden Kanten der Ausnehmungen 21 nicht weiter vom Drehmittelpunkt entfernt sind, als die radial aussenliegenden Kanten der Ausnehmungen 19.

Aufgrund der Strömung von Flüssigkeit in die verschiedenen Ausnehmungen sind die gesamten Flächen der ortsfesten Gegenfläche gegen die die veranschaulichte mit Steueröffnungen versehene Fläche während der Drehung anliegt, dem Kühlmedium in.häufigen Intervallen während der Drehung ausgesetzt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die wirksame Fläche der

309810/0722

die jeweiligen Steueröffnungen 17 miteinander verbindenden Dichtflächen ungefähr gleich der Fläche des Zylinders, welcher durch diese Steueröffnung gefüllt oder entleert wird. Gleichfalls fällt der Schwerpunkt dieser wirksamen Dichtfläche im wesentlichen idt dem Schwerpunkt der Steueröffnung zusammen, welche sie umgibt. Die verschiedenen in der ringförmigen Flächen geformten Ausnehmungen um die Dichtfläche 22 zu erzeugen, können in der Tiefe ziemlich flach ausgebildet sein, lediglich ausreichend um das Nachschleifen oder Läppen der Oberflächen zu gestatten, wenn die Maschine überholt werden soll.

Die in Figur H veranschaulichte Ausführungsform der Erfindung ist in der Grundbauweise ähnlich der in Figur 3 veranschaulichten Ausführun^orm. In diesem Fall jedoch ist eine vergleichsweise gr^össere Anzahl von kleineren AusnehmungenVorgesehen. Diese Ausnehmungen sind in vier kreisförmigen Anordnungen vorgesehen und erfüllen wiederum die Voraussetzung, daß die Dichtfläche keine ringförmige planare Zone aufweist, welche koaxial zu der Rotationsachse liegt, d.h. der Radius Rl ist mindestens gleich dem Radius R2 und der Radius R3 ist mindestens gleich dem Radius RH.

Bei den Versuchen, die zu der vorliegenden Erfindung geführt ha-• ben, wurde gefunden, daß die in radialer Richtung welligen Dicht-.flächen der veranschaulichten Art die Verwendung von bestimmten harten Materialien für beide Reibflächen zulassen, so daß sich in keine der Oberflächen schleifende Teilchen einbetten können und die Betriebslebensdauer der Pumpe oder des Motors erheblich vergrößert wird, insbesondere wenn die Pumpe oder Motor unter Bedingungen verwendet wird, unter denen es praktisch nicht möglich ist, das Eindringen von schleifenden Staubteilchen in die Flüssigkeit zu verhindern. Da durch die Verwendung von harten, abriebfesten Materialien für beide Oberflächen der Verschleiß und die Erosion der Dichtflächen erheblich vermindert wird, können diese Flächen schmaler als die bekannten konzentrischen Ring-

30981070722

flächen ausgebildet werden, wodurch der zusätzliche Vorteil erzielt wird, daß die Zeitspannen der innigen Berührung&wischen den Oberflächen verkürzt werden und daß die Weglänge für die Kühlung mittels Wärmeleitung durch das Metall gleichfalls verringert wird.

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in den Zeichnungen erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

309810/0712

Claims (3)

1. - 8 Patentansprüche

   ί1^/Mehrzyllndrige Hydraulikmaschine mit einer ersten Dichtfläche, die durch Haupt-Einlaß- und -Auslaß-Öffnungen durchbrochen ist und einer zweiten Dichtfläche, welche an der ersten Dichtfläche anliegend dreht und durch eine Anzahl von Zylinder-Einlaß- und -Auslaßöffnungen durchbrochen let, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Fläche mit einer Anzahl von darin ausgebildeten Ausnehmungen (18,19,20,21) versehen ist, welche derart angeordnet sind, daß der verbleibende Teil (22) der zweiten Fläche, welcher als Dichtfläche (22) wirkt, die jede Zylinder-Steueröffnung 07) umgibt, keine ringförmige planare Zone aufweist, die zu der Rotationsachse konzentrisch ist.
2. 2..Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Jeder der Zylinder-Steuer-Öffnungen (17) zugeordnete Dichtfläche (22) zu einer radialen Lftiie symmetrisch Ist, die sich durch den Mittelpunkt der Steueröffnung (17) erstreckt und daß der Schwerpunkt der Dichtfläche im wesentlichen im Mittelpunkt des durch die Steueröffnung (17) beschickten oder entleerten Zylinders liegt
3. 3. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Jeder Zylinder-Steuer-Öffnung (17) zugeordnete Flächenbereich an Dichtfläche (22) im wesentlichen gleich der Querschnittsfläche des durch die Steueröffnung (17) beschickten oder entleerten Zylinders 1st.

   309810/0722