DE2552256B2

DE2552256B2 - Hydrostatische axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE2552256B2
Application number: DE19752552256
Authority: DE
Inventors: Curtis Phillip Cedar Falls Ia. Ring (V.St.A.)
Original assignee: Deere & Co., Moline, 111. (V.St.A.), Niederlassung Deere & Co. European Office, 6800 Mannheim
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-21
Publication date: 1977-08-25
Also published as: AT337533B; FR2292132B1; ATA892075A; DE2552256C3; GB1525407A; US3986439A; DE2552256A1; FR2292132A1; CA1060264A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, an deren Kolben ein an seiner Lauffläche eine Aussparung aufweisender, auf einer Schrägscheibe ablaufender Gleitschuh beweglich angeordnet ist, wobei der Kniben hohl ausgebildet ist und einen Einsatz aufnimmt und die Aussparung im Gleitschuh mit dem anderen Ende des Kolbens über mindestens einen in den Einsatz eingearbeiteten Drosselkanal verbunden ist.

Um einen Kraftabfall und Verschleiß, der aufgrund des Kontaktes zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe auftritt, zu verringern, ist es bereits bekannt, einen Flüssigkeitskanal durch den Kolben bis in eine Aussparung in der Lauffläche des Gleitschuhes vorzusehen, so daß der Flüssigkeitsdruck am inneren Ende des Kolbens gleichfalls an der Aussparung zur Verfugung steht und dann zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe wirken kann, wodurch eine Trennkraft zwischen den beiden hervorgerufen wird und ein Ölfilm entsteht, auf dem der Gleitschuh abläuft. Eine ideale Anordnung ist dann erreicht, wenn die Größe der Aussparung in dem Gleitschuh derart ist, daß eine vollständige hydrostatische Balance ohne bedeutenden Leckölverlust entsteht. Das heißt, die Kraft, die durch den Flüssigkeitsdruck am inneren Ende des Kolbens ausgeübt wird, sollte genau gleich der Kraft sein, die durch den Flüssigkeitsdruck zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe hervorgerufen wird, wobei kein merklicher Leckölverlust am Steg des Gleitschuhes auftreten sollte. Jedoch kann diese ideale Zuordnung infolge von Herstellungstoleranzen und unterschiedlichen Einsatzbedingungen schwer herbeigeführt werden.

Bei de^r Axialkolbenmaschine, von der die Erfindung ausgeht (US-PS 38 28 654), ist im Gleitschuh eine ausreichend große ausgesparte Fläche vorgesehen, so daß die Kraft am Gleitschuh immer wenigstens so groß wie die Kraft am inneren Ende des Kolbens ist, wobei eine Drosselstelle in dem Flüssigkeitskanal im Kolben vorgesehen ist, so daß, wann immer übergroßer Leckölverlust auftritt, ein Druckabfall an der Aussparung mit dem Ergebnis auftritt, daß der Flüssigkeitsdruck, der den Gleitschuh von der Schrägscheibe abhebt, reduziert wird, wodurch der Gleitschuh in seine normale Stellung zurückkehren kann. Die Hauptprobleme bei derartigen Lösungen bestehen aber darin, daß beim Druckabfall infolge der relativ kleinen Drosselbohrung die Gefahr von Verstopfungen entsteht, S wodurch wiederum ein Kraftabfall an der Ausnehmung hervorgerufen wird, was letztlich zur Folge hat, daß der Gleitschuh und die Schrägscheibe nicht mehr von einem Ölfilm getrennt sind.
Auch ist es bereits bekannt (Lehrbuch »ölhydraulik«

ίο von |ean Th ο ma, Carl Hanser Verlag, München 1970,

S. 112), in spiralförmigen Drosselnden Bohrungen

vorzusehen, mit denen ein Staubdruck abgebaut werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

iS hydrostatischen Axialkolbenmaschine nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 den Drosselkanal für einen großen Druckabfall bei geringer Verschmutzungsempfindlichkeit und einfacher Herstellbarkeit auszubilden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Drosselkanal aus zylindrisch ausgebildeten Taschen und diese verbindenden, zueinander versetzten und tangential zur zugehörigen Tasche angeordneten Kanälen besteht.

Hierdurch ergibt sich ein einfach herzustellender gewundener Drosselkanal, der durch die ganz bestimmte Anordnung an den Taschen bewirkt, daß in den Taschen Wirbel entstehen, wodurch der Druck weiter abgebaut werden kann, so daß letztlich auf die bisher erforderlich gewesenen spiralförmigen Drosselkanäle mit engen Drosselstellep. verzichtet werden kann. Gleichfalls wird bei erhöhtem Flüssigkeitsdurchfluß der tangentiale Eintritt in jede der Taschen einen Wirbel hervorrufen, der in eine Richtung wirkt, die der Richtung entgegenwirkt, in der die Flüssigkeit die Tasche verlassen muß, um zur nächsten Tasche zu gelangen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist jeder Kanal eine Tiefe auf, die gleich oder kleiner ist derjenigen der Tasche, und eine Breite, die kleiner als der halbe größve Durchmesser der Tasche ist.

In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
F i g. 1 eine hydrostatische Axialkolbenmaschine im Schnitt,

F i g. 2 den in einem Kolben vorgesehenen Einsatz,
Fig.3 einen Schnitt durch Kolben mit Einsatz nach der Linie3-3in Fig. 2.
Die in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte hydrostatisehe Axialkolbenmaschine weist ein Gehäuse 10, eine Ventilplatte 12 und eine Endplatte 14 auf, die miteinander durch geeignete Mittel verbunden sind. Eine Antriebswelle 16 ist in dem Gehäuse und der Ventilplatte über Lager 18 und 20 angeordnet und erstreckt sich durch die Endplatte 14. Eine Zylinderlaufbuchse 22 ist mit der Antriebswelle 16 derart verkeilt, daß sie mit ihr gemeinsam umläuft, und ist mit einer flachen Stirnseite versehen, die normalerweise gegen die flache Stirnseite der Ventilplatte 12 über eine Feder 24 gedruckt wird, die zwischen einem ersten Ring 26 an der Zylinderlaufbuchse und einem zweiten Ring 28, der gegen einen Seegerring 30 anliegt, vorgesehen ist. Der Seegerring 30 ist auf der Antriebswelle 16 angeordnet.

Die Zylinderlaufbuchse 22 ist mit einer Vielzahl von axial sich erstreckenden Zylinderbohrungen 32 versehen, die an ihrem der flachen Stirnseite abgelegenen Ende offen sind und eine Vielzahl von Kolben 34 hin- und herbewegbar aufnehmen. Diese stehen aus den

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offenen Enden über. Gleitschuhe 36 sind bewegbar an den hervorstehenden Enden der Kolben 34 angeordnet und laufen auf einer Schrägscheibe 38 ab, die die Antriebswelle 16 umgibt. Die Schrägscheibe ist mit dem Gehäuse 10 über Stifte 40 undrehbar verbunden. Die Gleitschuhe werden lose gegen die Schrägscheibe über einen Halterung 42 gehalten.

Die inneren Enden der Zylinderbohrungen 32 sind mit der flachen Stirnseite der Zylinderlaufbuchse über Kanäle 44 verbunden, die wiederum in nierenförmig ausgebildete Kanäle 46 und 48 übergehen. Letztere sind in der Ventilplatte 12 vorgesehen und stehen mit Anschlußkanälen 50 und 52 in dem Gehäuse 10 in Verbindung.

Die bisher beschriebene hydrostatische Axialkolbenmaschine ist herkömmlicher Bauart und kann sowohl als Pumpe als auch als Motor Verwendung finden. Wenn der Flüssigkeitsdruck zu einem der Anschlußkanäle 50 oder 52 gelangt und von dem anderen abgegeben wird, lcann die hydrostatische Axialkolbenmaschine als Motor arbeiten und die Antriebswelle 16 antreiben. Wird die Antriebswelle 16 mechanisch über eine äußere Antriebsquelle angetrieben, so daß Flüssigkeit durch einen der Anschlußkanäle 50 und 52 angesaugt und durch den anderen mit hohem Druck abgegeben wird, so arbeitet die hydrostatische Axialkolbenmaschine als Pumpe.

Kolben und Gleitschuh sind am besten anhand der F i g. 2 und 3 zu erläutern. Hier finden sich im einzelnen ein Kolbengehäuse 54, ein Kolbeneinsatz 56 und der Gleitschuh 36. Das Ende des Kolbengehäuses, das aus der Zylinderbohrung übersteht, ist mit einem im wesentlichen kugelförmigen Kopf 58 versehen und kann eine Kugel 60 darin aufnehmen. Der Gleitschuh 36 ist mit einer schüsselähnlichen Oberfläche 62 versehen, die komplementär zu dem kugelförmigen Kopf angeordnet ist und gegen diesen anliegt. Der Gleitschuh 36 wird gegen den kugelförmig ausgebildeten Kopf 58 durch eine hohle Niei 64 oder ein ähnliches Befestigungsteil gehalten, das sich durch den Gleitschuh und die Kugel erstreckt. Über einen Ausschnitt 66 ist ein Detail des kugelförmigen Kopfes 58 entfernt worden, so daß die Niet 64 nicht mit der allseitigen Bewegung des Gleitschuhes 36 an dem kugelförmigen Kopf 58 in Konflikt kommt.

Die Lauffläche des Gleitschuhes 36, die während des Einsatzes mit der Schrägscheibe in Berührung ist, ist mit einer mittig vorgesehenen Aussparung 68 ausgerüstet, die durch einen Steg 70 begrenzt wird. Die Aussparung 68 in der Lauffläche des Gleitschuhes 36 wiederum steht in Verbindung mit dem Inneren des hohl ausgebildeten Kolbengehäuses 54 durch die hohle Niet 64. Der Gleitschuh 36 und die Aussparung 68 sind derart bemessen, daß der an der Aussparung vorhandene Flüssigkeitsdruck in etwa dem Flüssigkeitsdruck am inneren Ende des Kolbens entspricht, wobei die auf den Gleitschuh ausgeübte Kraft größer ist als die auf das innere Ende des Kolbens ausgeübte Kraft. Da der Druckabfall an dem Steg 70 im wesentlichen linear sein wird, kann die Querscnnittsfläche des Kolbengehäuses 54 größer sein als die Fläche der Aussparung 68 und kleiner als die Lauffläche des Gleitschuhes. Der Querschnitt des Kolbengehäuses sollte etwas kleiner sein als die Fläche der Aussparung 68 plus einer Hälfte des Steges 70.

Das Material, aus dem der Kolbeneinsatz 56 für den hohl ausgebildeten Kolben bestehen kann, bildet keinen Bestandteil der vorliegenden Erfindung, kann aber aus einem relativ leichten synthetischen Material bestehen, um die Masse des Kolbens so gering wie möglich zu halten. Der äußere Durchmesser des Kolbeneinsatzcs 56 ist etwas kleiner als der innere Durchmesser des hohlen Kolbengehäuses 54, wobei der Kolbeneinsatz mit einer Vielzahl an seinem Umfang vorgesehener hervorstehender Wülste 75 versehen ist, deren äußerer Durchmesser etwas größer ist als der innere Durchmesser des Kolbengehäuses, Befindet sich nun der Kolbeneinsatz 56 in dem Kolbcngehäuse, so werden die Wülste 75 zusammengepreßt und teilweise abgeschert, wodurch sich ein Paßsitz zwischen dem Kolbeneinsat/, und dem Kolbengehäuse ergibt.

Die Oberfläche des Kolbeneinsatzes 56 ist mit einer Reihe von mit gegenseitigem Abstand angeordneten zylinderförmig ausgebildeten Taschen 76 versehen, die miteinander über Kanäle 78 verbunden sind. Diese sind tangential zu den Taschen 76 angeordnet, wobei Taschen 76 und Kanäle 78 einen Flüssigkeitskanal durch den Kolben bilden, so daß Flüssigkeit am inneren Ende des Kolbens (an der rechten Seite mit Bezug auf F i g. 3) bis zu der Aussparung 68 in der Lauffläche des Gleitschuhes 36 gelangen kann. Die Kanäle 78 sind schmal genug ausgebildet, so daß sie als öffnungen dienen können, um den Flüssigkeitsfluß zwischen den Taschen zu drosseln, und haben vorzugsweise eine Breite von ungefähr einem Viertel des Durchmessers der Taschen und eine Tiefe, die nicht größer ist als die Tiefe der Taschen. Die Wülste, die sich zwischen den Taschen erstrecken, bewirken, wenn der Kolbeneinsatz eingesetzt ist, eine Dichtung, die Leckölverluste zwischen den Taschen, mit Ausnehme über die Kanäle, verhindert.

Unter der Annahme, daß die in Fig. 1 dargestellte hydrostatische Axialkolbenmaschine als ein Motor betrieben wird, kann für die Betriebsweise des Motors und die verbesserte Gleitschuh- und Kolbenanordnung folgendes gelten: Druckflüssigkeit wird durch den Anschlußkanal 52 in den Kolben an der hohen Seite der Schrägscheibe eintreten und bis zur unteren Seite gelangen, so daß der hydraulische Druck, der auf die Kolben ausgeübt wird, durch die Kolben und die Gleitschuhe auf die Schrägscheibe 38 wirkt, wodurch eine Drehung der Zylinderlaufbuchse 22 und der Antriebswelle 16 entsteht. Die in die Zylinderbohrungen 32 eintretende Flüssigkeit wird dann durch die Kanäle 78 und die Taschen 76 in dem Kolbeneinsatz 56 bis zu der hohl ausgebildeten Niet 64 gelangen und dann durch diese bis in die Aussparung 68 in der Lauffläche des Gleitschuhes 36. Der dann dort vorhandene Flüssigkeitsdruck wird auf den Gleitschuh und die Schrägscheibe wirken und eine Trennkraft zwischen diesen beiden ausüben, so daß ein kleiner Betrag der Flüssigkeit über den Steg 70 in das Innere des Gehäuses 10 austritt. Dieser kleine Flüssigkeitsbetrag bewirkt einen Ölfilm zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe, wodurch die Reibung zwischen diesen beiden verringert wird und der Metall-zu-Metall-Kontakt vermieden ist. Wenn nun die Trennkraft zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheibe während eines Einsatzes bei hohem Druck zu groß wird, so daß der Leckölverlust über den Steg 70 ansteigt und einen merklichen Kraftverlust bewirkt, dann wird der Flüssigkeitsfluß durch den Kolben ansteigen. Wegen der Drosselung des Flüssigkeitsflusses, die durch die Taschen 76 hervorgerufen wird, wird im Kolben ein Druckabfall eintreten. Gleichfalls wird bei erhöhtem Flüssigkeitsdurchfluß der tangentiale Eintritt in jede der Taschen 76 einen Wirbel hervorrufen, der in eine Richtung wirkt, die der

Richtung entgegenwirkt, in der die Flüssigkeit die Tasche verlassen muß, um zur nächsten Tasche zu gelangen. Dieser Wirbel wird den Flüssigkeitsabfall in dem Kolben vergrößern. Der Flüssigkeitsabfall im Kolben wiederum resultiert in einem verringerten Flüssigkeitsdruck in der Aussparung 68 des Gleitschuhes 36, so daß der Gleitschuh wieder auf der Schrägscheibe 38 zur Anlage kommt, wodurch der

Leckölverlust am Steg 70 verringert wird. Somit wirken Kolben und Gleitschuh selbstausgleichend, um ein Mindestmaß an Lecköl, das zur Schmierung erforderlich ist, aufrechtzuerhalten, wobei eine hydrostatische Balance gegeben ist. Der weitere Druckabbau, der durch die Wirbelflüsse hervorgerufen wird, erlaubt eine maximale Größe der Kanäle, da sie nun nicht mehr zu Verstopfungen neigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Palentansprüche;

1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine, an deren Kolben ein an seiner Lauffläche eine Aussparung aufweisender, auf einer Schrägscheibe ablaufender Gleitschuh beweglich angeordnet ist, wobei der Kolben hohl ausgebildet ist und einen Einsatz aufnimmt und die Aussparung im Gleitschuh mit dem anderen Ende des Kolbens über mindestens einen in den Einsat/ eingearbeiteten Drossclkanal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Drossclkanal aus zylindrisch ausgebildeten Taschen (76) und diese verbindenden, zueinander versetzten und iangential zur zugehörigen Tasche angeordneten Kanälen (78) besteht.

2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (78) eine Tiefe aufweist, die gleich oder kleiner ist derjenigen der Tasche (76), und eine Breite, die kleiner als der halbe größte Durchmesser der Tasche ist.