DE2524676C2 - Hydrostatische Kolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbar gelagerten Zylinderblock, in dem über dessen Umfang verteilte Kolben radial geführt sind, und mit im Zapfen ausgebildeten, sich über einen Teil des Zapfenumfanges erstreckenden Steuerschlitzen für die Zufuhr und die Abfuhr von hydraulischem Medium zu bzw. von den Kolben, wobei im Zapfen um den Steuerschlitz herum, der das unter höherem Druck stehende hydraulische Medium führt, eine Nut zur Aufnahme einer den Steuerschlitz umgebenden Dichtung vorgesehen ist.

Bei der hydrostatischen Maschine dieser Art, die aus der DE-OS 22 47 134 bekannt ist, bildet die Dichtung

einen einstückigen Bauteil, der mit seinem dem Zylinderblock zugekehrten Abschnitt aus einem verschleißfesten elastischen Werkstoff, z. B. Polyamid, und mit seinem übrigen, in der Nut des Steuerzapfens bleibenden Abschnitt aus gummielastischem Werkstoff besteht. Der Bauteil kann auch aus einem Sinterwerkstoff bestehen. Die Dichtung wird durch hydraulisches Medium aus dem Steuerschlitz gegen den Zylinderblock gepreßt, berührt also die Gegenfläche und ist damit der Reibung und dem Verschleiß unterworfen. Die bekannte Maschine ist deshalb nicht für einen Betrieb geeignet, bei dem das hydraulische Medium unter sehr hohem Druck, z. B. mehr als 500 at, steht.

Für solche Maschinen hat man deshalb bisher auf das Anbringen besonderer Dichtungen zwischen dem Steuerzapfen und dem Zylinderblock verzichtet. Hierbei tritt stets eine gewisse Menge hydraulisches Medium aus dem Steuerspiegel aus, das sich dabei entspannt. Mit dem Entspannen des unter 500 at und mehr stehenden Mediums ist eine beträchtliche Temperaturerhöhung verbunden, die zu einer Erwärmung der Maschine von beispielsweise 50 auf 150°C führen kann. Mit Rücksicht auf solche Temperaturdifferenzen müßten Spaltweiten von über 0,01 mm vorgesehen werden, die aber für Maschinen mit dem erwähnten hohen Druckbereich nicht zulässig sind, da dann die Spaltverluste zu groß würden, denn diese nehmen mit der 3. Potenz der Spaltweite zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dichtung der Maschine der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Maschine auch bei Anwendung sehr hoher Drücke betrieben werden kann, ohne daß thermische Deformationen auftreten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtung aus zwei beiderseits des Steuerschlitzes angeordneten, sich im wesentlichen über den gleichen Teil des Zapfenumfanges wie der Steuerschlitz erstreckenden Dichtringen und zwei an den beiden Enden des Steuerschlitzes angeordneten, sich in axialer Richtung erstreckenden Dichtleisten besteht, daß in den Dichtringen und den Dichtleisten jeweils mindestens eine gegen die Lagerfläche des Zylinderblocks offene Tasche ausgebildet ist, die über eine im Dichtring bzw.

in der Dichtleiste ausgebildete Drosselstelle mit dem unter höherem Druck stehenden hydraulischen Medium in Verbindung steht, und daß die Dichtringe und die Dichtleisten mit ihren Enden gegenseitig dichtend zusammengefügt sind.

Durch diese Gestaltung sind an beiden Enden des Zapfens mindestens zwei Dichtringe mit einer Bogenlänge von knapp 180° und zwei mit diesen R^;ngen zusammenwirkende Dichtleisten vorgesehen, die zusammen -men gegenüber dem rotierenden Zylinderblock hydrostatisch gelagerten Rahmen bilden, der eine berührungslose Abdichtung zwischen dem Zapfen und dem Zylinderblock bewirkt Der Dichtspalt zwischen dem Rahmen und der benachbarten Lagerfläche im Zylinderblock stellt sich nunmehr selbsttätig ein, was sehr geringe Spaltverluste ermöglicht

Andererseits kann demzufolge das Spiel zwischen Jem Zapfen und der Lagerfläche des Zylinderblocks größer als bisher gewählt werden. Eine unterschiedliche thermische Dehnung von Zapfen und Zylinderblock kann sich wegen des sich selbsttätig einstellenden Dichtspaltes nicht mehr schädlich auswirken.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen

F i g. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I in F i g. 2 durch eine Kolbenmaschine mit zwei Dichtringen, F i g. 2 einen Querschnitt durch die Maschine,

Fig.3 einen Schnitt in größerem Maßstab als in F i g. 1 durch einen Dichtring und durch die ihn umgebenden Teile,

F i g. 4 einen Schnitt durch den Dichtring allein,

Fig.5 einen Schnitt im Bereich einer Dichtleiste entsprechend der Linie V-V in F i g. 6,

Fig.6 einen Schnitt entsprechend der Linie VI-VI in Fig. 5,

F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Dichtung nach F i g. 5,

F i g. 8 und 9 den F i g. 5 und 7 entsprechende Darstellungen einer abgewandelten Ausführungsform mit vier Dichtringen.

Gemäß F i g. 1 und 2 weist die hydrostatische Kolbenmaschine einen Zapfen 1 auf, auf dem ein Zylinderblock 31 drehbar gelagert ist. Im Zylinderblock sind mehrere Kolben 33 über den Umfang verteilt in radialen Bohrungen 30 geführt. Die äußeren Enden der Kolben 33 weisen Füße 34 auf, die sich an jeweils einer Fläche 36 eine.; ringförmigen Führungsteils 37 abstützen. Der Führungsteil 37 ist mit seiner Achse B exzentrisch zur Achse A des Zapfens 1 gelagert, und zwar über eine radiale Seitenwand 40 des Führungsteils

37 auf einer Lagerfläche 40' des Zapfens 1. Der Zapfen 1, der Zylinderblock 31 und der Führungsteil 37 sind von einem stationären Gehäuse 39 umgeben, aus dem ein mit dem Führungsteil 37 verbundener Welienstummel

38 herausragt, über den je nach der Arbeitsweise der Maschine ein Drehmoment zugeführt (Pumpe) oder ein Drehmoment abgenommen (Motor) wird.

Der Zapfen 1 ist mit zwei Steuerschlitzen 46 und 47 versehen, die sich in bezi-r: «,.-■ die Ebene, in der die Achsen A und B liegen, symmetrisch über einen Teil des Umfangs des Zapfens 1 erstrecken. Zwischen den benachbarten Enden der beiden Steuerschlitze bleibt jedoch ein zylindrischer Abschnitt des Zapfens bestehen, dessen Breite gleich der Breite in Umfangsrichtung der Verbindungsöffnung zwischen Zylinder 30 und dem Steuerspiegel ist. In die Steuerschlitze 46 und 47 mündet je ein Kanal 42 bzw. 43, die sich axial in dem Zapfen 1 erstrecken und an ihrem in F i g. 1 linken Ende jeweils mit einem im Gehäuse 39 angeordneten Druckmittelzufuhrkanal 44 bzw. Druckmittelabfuhrkanal 45 in Verbindung stehen. Beiderseits des Steuerschlitzes 4/ sino im Zapfen 1 in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 56 vorgesehen, in denen je ein Dichtring 2 untergebracht ist Wie F i g. 3 zeigt, sind die beiden Nuten 56 über achsparallele Bohrungen 3 mit dem Steuerschlitz 47 verbunden, wobei angenommen ist daß der Steuerschlitz 47 das hydraulische Medium unter höherem Druck führt als der Steuerschlitz 46.

Die beiden Nuten 56 mit den Dichtringen 2 darin erstrecken sich gemäß F i g. 2 im wesentlichen über den selben Teil des Umfangs des Zapfens 1 wie der Steuerschlitz 47. Gemäß F i g. 3 ist jeder Dichtring 2 auf seiner der Bohrung 3 zugekehrten Stirnfläche 7 mit einer Tasche 4 versehen, die sich fast über die ganze Länge des Ringes erstreckt Von der Tasche 4 aus erstreckt sich mindestens eine Bohrung 5 quer durch den Ring 2, die in eine Tasche 6 mündet, die sich in einer zur Stirnfläche 7 parallelen Stirnfläche 8 befindet Auch die Tasche 6 erstreckt sich nicht ganz über die Länge des Ringes 2. Die Bohrung 5 ist so bemessen, daß in der Tasche 6 der volle Druck des hydraulischen Mediums, wie in der Tasche 4, wirkt Von der Tasche 6 geht eine achsparallele Bohrung 9 aus, die in eine zur gewölbten inneren Fläche des Dichtringes 2 hin offene Nut 10 mündet Auch in der Nut 10 herrscht der volle Druck des hydraulischen Mediums. Von der Nut 10 geht eine Drosselbohrung 11 aus, die in eine in der äußeren gewölbten Fläche des Dichtringes 2 befindliche Tasche 12 mündet, die von der Lagerfläche des Zylinderblocks 31 abgedeckt ist. Infolge der Drosselbohrung 11 herrscht in der Tasche 12 ein niedrigerer Druck als in den Taschen 4 und 6 und in der Nut 10. Die Tasche 12 erstreckt sich — wie die Taschen 4 und 6 — fast über die gesamte Länge des Dichtrings 2.

Wie Fig.3 weiter zeigt, weisen die die Nut 10 des Dichtringes 2 begrenzenden Lippen 23, 23' außen zwei zueinander parallele Flächen auf, die mit entsprechenden Flächen der Nut 56 in Berührung stehen, und zwar so, daß die Lippen elastisch dichtend an den Flächen der Nut 56 anliegen. Auch die Stirnfläche 7 berührt mit ihren die Tasche 4 begrenzenden Abschnitten entsprechende Flächen der Nut 56. Damit weist der Dichtring 2 vier Flächen auf, die durch Berührung mit benachbarten Flächen der Nut 56 dichten. Außer den der Tasche 12 benachbarten Randflächen existiert eine dritte berührungslose dichtende Fläche am Dichtring 2, nämlich der in F i g. 3 oberhalb der Tasche 6 befindliche Abschnitt der Stirnfläche 8, die mit der entsprechenden Fläche der Nut 56 zusammenwirkt.

Gemäß F i g. 5 bis 7 ist, den beiden Enden des Steuerschlitzes 47 benachbart, zwischen den beiden Enden der Dichtringe 2 je eine Dichtleiste 15 vorgesehen, von denen in F i g. 5 bis 7 nur eine wiedergegeben ist. Jede Dichtungsleiste ist in einer axialen Nut 22 des Zapfens 1 angeordnet und weist viereckigen Querschnitt auf. An ihren beiden Enden ist jede Dichtleiste 15 derart ausgespart, daß jeweils ein Ende eines Dichtringes 2 über den unteren Abschnitt der Dichtleiste spielfrei greift. Die der Lagerfläche des Zyiiiiderblockes 31 zugewendete Fläche der Dichtleiste 15 ist der zylindrischen Kontur des Zapfens 1 angepaßt und weist zwei den Enden der Dichtringe benachbarte Taschen 16 auf (F i g. 7). Diese Taschen sind über je eine Drosselbohrung 17 in der Dichtleiste und je eine Bohrung 18 im Zapfen 1 mit dem hydraulischen Medium

höheren Druckes verbunden. Jede Dichtleiste 15 ruht auf zwei Kolben 19, die in radialen Bohrungen 24 des Zapfens 1 geführt und auf Federn 20 abgestützt sind. Die Bohrungen 24 sind koaxial zu den zugehörigen Bohrungen 17,18 angeordnet. Die Kolben 19 haben eine axiale Bohrung 29, damit das hydraulische Medium von der Bohrung 18 zur Drosselbohrung 17 gelangen kann.

Die Dichtleisten 15 berühren mit ihren zueinander parallelen Längsflächen 25 und 25' entsprechende Flächen in der Nut 22 und bilden damit eine Dichtung. Weiter berühren sich die Flächen 26 und 27 der Aussparung in der Dichtleiste 15 mit den entsprechenden Flächen am Ende des zugehörigen Dichtringes 2. Die Dichtflächen sind in den F i g. 2 bis 9 mit dicken Linien gezeichnet.

Durch die beiden Dichtleisten 15 und die beiden Dichtringe 2 wird ein Rahmen gebildet, der gegenüber dem rotierenden Zylinderblock 31 hydrostatisch gelagert ist und durch den der das hydraulische Medium höheren Druckes führende Steuerschlitz 47 berührungslos abgedichtet wird. Die der Lagerfläche des rotierenden Zylinderblocks zugewendeten Flächen dieses Rahmens haben im Betrieb der Maschine einen gewissen Abstand zur Lagerfläche des Zylinderblocks 31, so daß stets ein Spalt existiert, durch den eine kleine Menge des Mediums entweichen kann (Lekagemenge). Der Spalt zwischen dem Rahmen und der Lagerfläche des Zylinderblocks 31 stellt sich selbsttätig ein. Diese Einstellung geschieht dadurch, daß einerseits das aus dem Steuerschlitz 47 über die Bohrungen 3 den Nuten 56 zuströmende Medium über die Taschen 4 und 6 sowie die Nut 10 und die Tasche 12 auf alle vier Flächen jedes Dichtrings 2 wirkt, wie dies für einen Dichtring in F i g. 4 dargestellt ist, die den Verlauf des Druckes des Mediums über den Flächen zeigt. Andererseits wirkt das hydraulische Medium höheren Druckes über die Bohrungen 18 und 24 im Zapfen 1 auf die in F i g. 6 untere Fläche der Kolben 19 und über die Bohrung 29 in den Kolben 19 sowie die Drosselbohrungen 17 auf die Taschen 16 der Dichtleisten 15. Durch die Anordnung der Kolben 19 ergibt sich für jede Dichtleiste 15 ein hydrostatisch ausbalanciertes System.

Zwischen der gewölbten Innenfläche jedes Dichtrings 2 und dem Grunde der Nuten 56 ist je eine wellenförmig gebogene Feder 13 vorgesehen, die nur zum Anpressen des Dichtrings 2 gegen die Lagerfläche des Zylinderblocks 31 dient, so lange noch kein genügender Druck des hydraulischen Mediums vorhanden ist. Ebenso drücken bei ungenügendem Druck des hydraulischen Mediums die Federn 20 unter den Kolben 19 die Dichtleisten 15 an die Lagerfläche des Zylinderblocks 31.

In F i g. 3 rechts der Wellenfeder 13 ist ein radialer Kanal 14 zur Abfuhr von allfällig aus den Taschen 4 und 6 und der Nut 10 entweichendem Medium vorgesehen.
Wie sich weiter aus Fig.4 ergibt, wirken auf den

ίο Dichtring zwei Kippmomente ein, die durch den Druck des hydraulischen Mediums hervorgerufen sind. Durch die Anordnung und Bemessung der Taschen 4,6,12 und der Nut 10 heben sich jedoch die beiden Kippmomente gegenseitig auf.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 8 und 9 ist angenommen worden, daß die Drehrichtung der Maschine umgekehrt wird, so daß der Druck des in den Steuerschlitzen wirkenden hydraulischen Mediums wechselt. Für diesen Fall sind auch beiderseits des anderen Steuerschlitzes 46 zwei den Nuten 56 entsprechende Nuten 56' mit darin angeordneten Dichtringen 2' vorgesehen, die gleich ausgebildet und angeordnet sind, wie die Dichtringe 2 und die mit den selben Dichtleisten 15 zusammenwirken wie die Dichtringe 2. Die Aussparungen jeweils an den beiden Enden der Dichtleisten erstrecken sich in diesem Fall über die ganze Breite der Dichtleiste.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Pa tentansprüche:

1. Hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbar gelagerten Zylinderblock, in dem über dessen Umfang verteilte Kolben radial geführt sind, und mit im Zapfen ausgebildeten, sich über einen Teil des Zapfenumfanges erstreckenden Steuerschlitzen für die Zufuhr und die Abfuhr von hydraulischem Medium zu bzw. von den Kolben, wobei im Zapfen um den Steuerschlitz herum, der das unter höherem Druck stehende hydraulische Medium führt, eine Nut zur Aufnahme einer den Steuerschlitz umgebenden Dichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus zwei beiderseits des Steuerschlitzes (47) angeordneten, sich im wesentlichen über den gleichen Teil des Zapfenumfanges wie dieser Steuerschlitz (47) erstreckenden Dichtringen (2) und zwei an den beiden Enden des Steuerschlitzes (47) angeordneten, sich in axialer Richtung erstreckenden Dichtleisten (15) besteht, daß in den Dichtringen (2) und den Dichtleisten (15) jeweils mindestens eine gegen die Lagerfläche des Zylinderblocks (31) offene Tasche (12 bzw. 16) ausgebildet ist, die über eine im Dichtring bzw. in der Dichtleiste ausgebildete Drosselstelle (11 bzw. 17) mit dem unter höherem Druck stehenden hydraulischen Medium in Verbindung steht, und daß die Dichtringe (2) und die Dichtleisten (15) mit ihren Enden gegenseitig dichtend zusammengefügt sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, mit umkehrbarer Drehrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Nuten (56') zur Aufnahme je eines Dichtringes (2') beiderseits des anderen Steuerschlitzes (46) im Zapfen (1) vorgesehen sind und diese Dichtringe (2') mit ihren Enden ebenfalls dichtend mit den Enden der beiden Dichtleisten (15) zusammengefügt sind.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Dichtring (2, 2') auf der inneren gewölbten Fläche eine in Längsrichtung des Ringes verlaufende Nut (10) aufweist und die Nut mit der gegen die Lagerfläche des Zylinderblocks offenen Tasche (12) über eine Drosselbohrung (11) sowie mit dem unter höherem Druck stehenden Medium verbunden ist.

4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Nut (10) begrenzenden Lippen jedes Dichtringes (2, 2') außen zwei zueinander parallele, in der Nut (56,56') des Zapfens (1) elastisch dichtende Flächen aufweisen.

5. Maschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring (2, 2') auch auf seinen beiden Stirnflächen mit je einer Tasche (4,6) versehen sind, die so angeordnet und untereinander sowie mit der in Längsrichtung des Ringes verlaufenden Nut (10) über Bohrungen (5, 9) so verbunden sind, daß in dieser Nut (10) sowie in den in den beiden Stirnflächen befindlichen Taschen (4, 6) der volle Druck des hydraulischen Mediums herrscht und das von dem auf die äußere gewölbte Fläche sowie die darin befindliche Tasche (12) und auf die innere gewölbte Fläche sowie die darin befindliche Nut (10) des Dichtringes wirkenden Druck hervorgerufene Kippmoment durch das von dem auf die in den beiden Stirnflächen befindlichen Taschen (4, 6) des Dichtringes wirkenden Druck hervorgerufene Kippmoment ausgeglichen wird.

6. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Dichtleisten (15) jeweils auf zwei vom höheren Druck des hydraulischen Mediums beaufschlagten Kolben (19) abgestützt sind.