DE2642900A1

DE2642900A1 - Axialkolbenmaschine in schwenkschlittenbauform

Info

Publication number: DE2642900A1
Application number: DE19762642900
Authority: DE
Inventors: Franz Forster
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-09-24
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1978-03-30
Also published as: US4198899A; JPS5341802A

Description

Axialkolbenmaschine in Schwenkschlittenbauform.

Die Erfindung betrifft eine als Motor oder insbesondere als Pumpe arbeitende Axialkolbenmaschine in Schwenkschlittenbauform, bei der die Jeweils den niedrigeren Druck führenden Zylinder mit dem Gehäuseinnenraum verbunden sind. Axialkolbenmaschinen sind bekannt in Sehrägscheibenbauform und in Triebflanschbauform. Unter den bezüglich des Hubvolumens pro Umdrehung einstellbaren Axialkolbenmaschinen in Triebflanschbauform unterscheidet man einerseits die Schwenkgehäusebauforn bei der die Zylindertrommel in einem schwenkbaren Gehäuse, welches mit der Zylindertrommel schwenkt, angeordnet ist, und die Schwenkschlittenbauform, bei der Zylindertrommel gegen einen Schwenkschlitten abgestützt ist, der gegen eine um die

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Schwenkachse der Zylindertrommel gekrümmte Gleitfläche im feststehenden Gehäuse abgestützt ist. Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Axialkolbenmaschine dieser zuletzt genannten Bauform. Bei dieser weist der Schwenkschlitten auf der der Zylindertrommel zugewandten Seite den Steuerspiegel mit den beiden Steuernieren und den beiden Trennstegen auf und weist auf der dem Gehäuse zugewandten Seite zwei öffnungen auf, von denen jede^ innerhalb des Schwenkschlittens mit einer der beiden Steuernieren in Verbindung steht, wobei im Gehäuse zwei Kanäle derart vorgesehen sind, daß bei jeder Lage des Schwenkschlittens eine der genannten beiden Öffnungen mit einem dieser beiden Kanäle in Verbindung steht und der restliche Teil des Kanales durch den Schwenkschlitten abgedeckt ist. Jeder dieser beiden Kanäle im Gehäuse steht dann mit einer Anschlußbohrung für die Zuführung bzw. Abführung der Arbeitsflüssigkeit in Verbindung.

Es ist jedoch auch bereits eine Axialkolbenpumpe dieser Bauform bekannt, die aus dem Innenraum des Gehäuses ansaugt. Zu diesem Zweck ist der der Saugöffnung im Schwenkschlitten zugeordnete Kanal im Gehäuse in Schwenkrichtung langer als der Schwenkschlitten, so daß bei jeder Lage des Schwenkschlifctens mindestens ein^ Ende des Kanals nicht mehr vom

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Schwenkschlitten abgedeckt wird sondern unmittelbar mit dem Gehäuseinnenraum in Verbindung steht. Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß die Pumpe über diesen Kanal und den Verbindungskar im Schwenkschlitten aus dem Gehäuse ansaugt. Dieser Ausgestalti liegt die Aufgabe zugrunde, die Druckmittelzuführung bei einer ausschließlich als Pumpe im selbstansaugenden Betrieb arbeitend Axialkolbenmaschine derart zu verbessern, daß bei geräuscharmer Betrieb und guter volumetriceher Füllung durch Vergrößerung dei Ansaugquerschnitte eine Leckölabführung aus dem Gehäuseinnenrav ermöglichst ist. (Unterlagen des DT-Gbm Jk 00 915). Dabei ist darauf hingewiesen, daß durch die DT-AS 1 653 klj eine Schrägscheibenmaschine, also eine Maschine, bei der die Drehachse dei Zylindertrommel im Gehäuse unveränderbar festliegt, bekannt ist bei der zwischen Gehäuse und Zylindertrommel eine (dünne, auf beiden Seiten plane) Steuerscheibe angeordnet ist, die auf der Saugseite in ihrem äußeren Bereich unterbrochen ist. In dieser Unterbrechung wird jedoch eine nachteilige Schwächung dieser Steuerscheibe gesehen und weiterhin der Nachteil gesehen, daß d Laufeigenschaften der Pumpe beeinträchtigt werden. Es wird dara vorurteilhaft der Schluß gezogen, daß eine derartige Lösung für Axialkolbenmaschinen in Schwenkschlittenbauform nicht in Betrac kommt, das heißt, daß eine Übertragung einer solchen Lösung auf die Schwenkschlittenbauform nicht möglich ist.

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Durch diese durch die Unterlagen des DT-Gbm 74 OO 915 bekannte Lösung wird die gestellte Aufgabe nur sehr unbefriedigend gelöst. Es wird zwar ein zusätzlicher Kanal im Gehäuse, der den durch den Schwenkschlitten abgedeckten

verbindet; Kanal mit dem Gehäuseinnenraam vermieden. Jedoch werden die Strömungswiderstände in dem vom Schwenkschlitten abge deckten Kanal und in dem Kanal im Schwenkschlitten zur Steuerniere hin nicht beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömungsverhältnisse auf der Niederdruckseite der Zylindertrommel wesentlich zu verbessern und bei einer Pumpe ein direktes Einströmen vom Gehäuseinnenraum in die Zylindertrommel zu ermöglichen bzw. im Falle des Betriebes als Motor ein direktes Ausströmen aus den Niederdruckzylindern in den Gehäuseinnenraum zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Schwenkschlitten derart schmal ist, daß seine der Zylindertrommel zugewandte Seite nur den jeweils der Drucksteuerniere und den Trennstegen des Steuerspiegeis zugeordneten Teil der Zylindertrommelstirnfläche überdeckt während deDjKibrige Teil der Zylindertrommelstirnfläche freiliegt_f" also nicht gegen den Schwenkschlitten abgestützt ist.

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Im Gegensatz zu dem eingangs erwähnten, durch die neue Gestaltung gemäß der Erfindung überwundenen Vorurteil^ ist nämlich eine einwandfreie Führung der Zylindertrommel auch auf einem derartig schmalen Schwenkschlitten möglich zumindest dann, wenn die Andruekkraft, durch die die Hylinde: trommel gegen den Schwenkschlitten und dieser gegen seine Führungsbahn im Gehäuse gedrückt wird, nur oder zumindest im wesentlichen Teil durch Flächenüberhang der Zylinderbohrungen gegenüber den Mündungen in der Zylindertrommelstirnfläche erzeugt wird und bzw. oder die Steuerspiegelfläche plan ist. Wird die Andrückkraft nur oder zumindest zum überwiegenden Teil durch einen genannten Flächenüberhang oder in sonstiger Weise, beispielsweise durch Hilfskolben, derart erzeugt, daß die Andrückkraft jeweils im Bereich jede druckbeaufschlagten Zylinders wirkt, wird eine Andrückkraft nur in dem Bereich erzeugt, in dem die Zylindertrommel gegen den Schwenkschlitten anliegt. Selbst dann, wenn nur oder zusätzlich eine zentrale Andrückkraft an einem zentralen Mittelzapfen bzw. im Bereich eines solchen erzeugt wird, wirkt diese Andrückkraft in einem Bereich, in dem die Zylindertrommel noch dem Schwenkschlitten gegenüber liegt, so daß eine hinreichende Abstützung im Schwenkschlitten

gegeben ist. Auch eine einandfreie Ausbildung des Schmierfilms zwischen Zylindertrommel und Sfceuerspiegelflache ist

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möglich. Auf der frei liegenden Seite stehen die Zylinder unmittelbar mit dem Gehäuseinnenraum in Verbindung, so daß bei Vernachlässigung der geringen Strö'mungsverluste an der Zylindermündung im Zylinder und im Gehäuseinnenraum der gleiche Druck herrscht. Für das Einströmen in die Zylinder der Niederdruckseite der Pumpe sind dabei optimale Verhältnisse geschaffen, so daß die Kavitationsgrenze, wenn überhaupt, dann bei weit höherer Drehzahlen erreicht wird als die Kavitationsgrenze, die sich ergibt, wenn der Strömungswiderstand in den genannten Kanälen im Gehäuse und im Schwenkschlitten überwunden werden muß. Die Einströmverhältnisse können noch weiterhin verbessert werden, wenn der der Zylindertrommel gegenüberliegende Teil der Gehäuseinnenwand bzw. der Innenwand des Gehäusedeckels zurückgenommen ist, das heißt in diesem Bereich eine Ausnehmung angeordnet ist, durch die ein gutes Zuströmen der Flüssigkeit aus dem Gehäuseinnenraum zur Stirnfläche erleichtert ist. Insbesondere bei nur in einer Drehrichtung umlaufender Zylindertrommel kann diese Wandfläche auch derart gestaltet sein,

daß sie das Zuströmen unter Berücksichtigung der Drehrichtung der Zylindertrommel erleichtert.

Die Führungsfläche, längs der der Schwenkschlitten im Gehäuse bzw. Gehäuseboden geführt wird, kann zylindrisch

sein, wobei die Krümmungsachse koaxial ist zur Schwenkachse

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der Zylindertrommel. Diese Fläche kann aber auch sphärisch sein, wobei der Krümmungsmittelpunkt wiederum in der Schwenkachse liegt und entweder in der Drehachse der Zylindertrommel oder in der Schwenkachse liegend auf die Schwenkschlittenseil neben die Drehachse verschoben. Diese Fläche kann auch torusförmig sein, wobei der dem größeren Radius zugeordnete Krümmungsmittelpunkt wiederum in der Schwenkachse der Zylindertrommel und der kleinere vorzugsweise in einer Ebene, die schwenkschlittenseitig neben der Drehachse der Zylindertrommi liegt.

Insbesondere dann, wenn die Steuerspiegelfläche zwischen Zylindertrommel und Schwenkschlitten plan ist, bereitet auch die Führung des Schwenkschlittens längs der Gleitfläche keine Schwierigkeiten. Zweckmäßige Ausgestaltungen hierzu sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 angegeben.

Durch die Ausgestaltung gemäß der Erfindung werden nicht nur die Ansaugverhältnisse bei einer Axialkolbenpumpe bzw. grundsätzlich die Strö'mungsverähltnisse bei einer Axialkolbenmaschine verbessert sondern auch der Bauaufwand verringert. Das in den Gehäuseinnenraum tretende Lecköl wird mit abgeführt. Wird der Anschluß, durch den dem Gehäuseinnenraum das Druckmittel zugeführt wird, im

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Bereich der höchsten Stelle des Gehäuseinnenraumes angeordnet, so kann die sonst erforderliche Entlüftungsleitung entfallen, da ggfs. in der Flüssigkeit enthaltene gelöste Luft ständig vom Saugstrom mitgerissen und von der Zylindertrommel mit angesaugt wird.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

Figur 1 zeigt zur Veranschaulichung der Zusammenhänge einen

Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine der Bauform gemäß der Gattung durch die Drehachsen der Triebwelle undjder Zylindertrommel.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch die Drehachse der Zylindertrommel senkrechtjzu der Schnittebene gemäß Figur 1 unter Fortlassen der für die Erfindung unwesentlichen Triebwellenteile.

Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf den Schwenkschlitten.

Figur 4 zeigt eine andere Ausgestaltungsform in einem Schnitt

gemäß Figur 2, die sich von der Ausgestaltungsform __ ' gemäß Figur 2 nur durch eine andere Anordnung der

öffnung für die Druckflüssigkeitzufuhr unterscheidet.

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Figur 5 zeigt einefoezüglich der Führung des Schwenkschlittens andere Ausgestaltungsform des Erfindungs gegenstandes in einem Schnitt entsprechend dem Schnitt gemäß Figur 2 und

Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf den Schwenkschlitten der Axialkolbenmaschine gemäß Figur 5·

Das Gehäuse 1 ist durch einen Gehäusedeckel 2 abgeschlossen Im Gehäuse 1 ist mittels zweier Wälzlager 3 die Triebwelle 4 gelagert, die fest mit dem Triebflansch 5 verbunden ist. In den Triebflansch 5 sind Kugelkalotten eingearbeitet, wobei in jeder dieser Kugelkalotten ein Kugelkopf 6 einer Kolbenstange 7 gelagert ist, wobei jede der Kolbenstangen 7 mit einem Kolben 8 verbunden ist. Im Mittelpunkt des Triebflansches 5 ist eine Kugelkalotte eingearbeitet, in der ein Kugelkopf 9 gelagert ist, der an einem Mittelzapfen 10 ausgebildet ist, der in der Drehachse der Zylindertrommel 11 liegt und diese führt. Durch die Feder 12 wird eine Grundandrückkraft erzeugt, mit der die Zylindertrommel 11 gegen den Steuerspiegel angedrückt wird. In der Zylindertrommel 11 sind die Zylinder 13 gebildet, wobei in jedem Zylinder IJ ein Kolben 8 verschiebbar ist.

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Die Zylindertrommel 11 liegt mit einem Teil ihrer Stirnfläche gegen den Schwenkschlitten 14 an, der gegen eine im Gehäuseboden 2 gebildete PUhrungsflache 15 anliegt, deren Krümmungsmittelpunkt in dem Punkt liegt, in dem sich die Drehachse der Triebwelle 4 mit der Drehachse der Zylindertrommel 11 schneidet und in dem auch der Mittelpunkt des Kugelkopfes 9 liegt. Im Schwenkschlitten 14 ist eine Bohrung 16 vorgesehen, in die der Kopf 17 eines Stellzapfens 18 eingreift, der in einem Stellkolben 19 befestigt ist, der in einem Stellzylinder 20 durch willkürlich gesteuerten hydraulischen Druck verschiebbar ist.

Der Gehäuseboden 2 ist mit dem Gehäuse 1 durch Schrauben 21 lösbar fest verbunden.

Jeder Zylinder 15 in der Zylindertrommel 11 ist mit einer in der Stirnfläche 22 der Zylindertrommel angeordneten Mündung verbunden. Die Breite der Mündung 25 in radialer Richtung und in Umfangsrichtung bestimmt den freien Durchströmquerschnitt und der Radi^us, auf dem die Mündung 25 liegt, bestimmt den Durchmesser der mit dem Steuerspiegel in Berührung liegenden Stirnfläche 22 der Zylindertrommel, an deren Umfangsbereich die höchste Reibgeschwindigkeit auftritt.

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Der Stirnfläche 22 der Zylindertrommel liegt die am Schwenkschlitten l4 gebildete Steuerspiegelfläche 24 gegenüber, in der die Steuerdruckniere 25 angeordnet ist, die mit einem im Gehäuseboden 2 ausgebildeten Kanal 26 in Verbindung steht, der mit einem Anschluß 27 für die Druckleitung verbunden ist.

In der Pührungsflache 15 ist eine Nute 28 ausgenommen, in der einejrf im Schwenkschlitten I^ befestigte Paßfeder 29 gleitet (anstelle der Paßfeder 29 können auch zwei Paßstifte angeordnet sein oder der Schwenkschlitten mit einem entsprechenden erhabenen,sich über die ganze Länge des Schwenkschlittens erstreckenden Vorsprung versehen sein).

Die Zylinder 1J5* deren Mündungen 2J mit der Steuerniere 25 in Verbindung sind, sind jeweils über den Kanal 26 mit Druck beaufschlagt bzw. bei Pumpenbetrieb sind dieses Zylinder 15 diejenigen, in die bei der Umdrehung der Kolben hineingedrückt wird und folglich aus denen die Flüssigkeit durch die Kolben 8 in den Kanal 26 verdrängt wird. Der Schwenkschlitten 14 ist derart schmal, daß die gegenüberliegende Seite der Zylindertrommelstirnfläche 22 mit den in dieser angeordneten Mündungen 23 freiliegt, so daß diese Mündungen 23 unmittelbar mit dem Innenraum JO des Gehäuses 1

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in Verbindung stehen.Die Innenwand 31 des Gehäusebojidens 2 ist in dem Bereich, in dem die Stirnfläche 22 der Zylinder trommel 11 nicht durch den Schwenkschlitten 14 abgedeckt ist₍zurückgenommen, so daß die Flüssigkeit aus dem Innenraum 30 über einen großen freien Querschnitt zu den Mündungen 23 strömen kann. An der Seitenwand des Gehäuses 1 ist eine Öffnung 32 angeordnet. Diese kann derart ausgestaltet sein, daß eine Niederdruckleitung angeschlossen sein kann. Ist die Gesamtmaschine in einen Vorratsbehälter angeordnet, kann es aber auch eine einfache Öffnung im Gehäuse sein.

Die Ausgestaltungsform gemäß Figur 4 unterscheidet sich von der Ausgestaltungsform gemäß Figur 2 nur dadurch, daß bei der Ausgestaltungsform gemäß Figur 4 nicht in der Wand des Gehäuses 3. eine Öffnung 32 vorgesehen ist, sondern die Flüssigkeitszufuhr bzw. im Falle eines Motors «ttc die Abführung der Flüssigkeit durch eine Öffnung 33 im Gehäuseboden 2 erfolgt.

Die Ausgestaltungsform gemäß den Figuren 5 und 6 unterscheidet sich von der Ausgestaltungsform gemäß Figur 4 dadurch, daß nicht im Gehäuseboden 2 die Nute 28 angeordnet ist und nicht im Schwenkschlitten eine Paßfeder 29 angeordnet ist. Vielmehr

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ist der Schwenkschlitten 114 auf seiner der Führungsfläche If zugewandten Seite ganz glatt. Jedoch weist der Gehäuseboden j eine Führungsfläche 34 auf, gegen die eine Gegenfläche 39ae£ Schwenkschlittens 114 anliegt. Die Rinne 36 ist lediglich aui fertigungstechnischen Gründen vorgesehen. Durch Reibung
zwischen der Stirnfläche 22 der Zylindertrommel 11 und der
Steuerspiegelfläche 24 an dem Schwenkschlitten 114 wird auf diesen ein Drehmoment übertragen. Da die Zylindertrommel übei ihre Stirnfläche 22 den Schwenkschlitten 114 gegen die
zylindrische Führungsfläche 15 drückt, kann im Normalfall
durch dieses Drehmoment nicht bewirkt werden, daß der Schwenl· Schlitten 114 sich derart dreht, daß er von der FUhrungsfläcl 34 abhebt. Um aber ein sauberes Anliegen gegen die Führungsfläche 34 zu sichern,ist der Stellzapfen II8 in der Ausnehmung 37 durch einen Ring 38 exakt geführt, so daß der
Stellzapfen II8 mit eeinem Kugelkopf I7 auf die Innenwand
der Bohrung 16 und damit auf den Schwenkschlitten 114 eine
Führungskraft überträgt, die sichert, daß der Schwenkschlitte 114 mit seiner Fläche 35 stets exakt gegen die Führungsfläche anliegt.

Patentansprüche;

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Leerseite

Claims

Patentansprüche;

1./ Als Motor oder vorzugsweise als Pumpe arbeitende Axialkolbenmaschine in Schwankschlittenbauform, bei der die jeweils niedrigeren Druck führenden Zylinder mit dem Gehäuseinnenraum in Verbindung stehen, dadurch

gekennzeichnet, daß die der Zylindertrommel (11) zugewandte Seite des Schwenkschlittens (14, 114) nur den jeweils der Druckniere (25) und den Trennstegen des Steuerspiegels (24) zugeordneten Teil der Zylindertrommelstirnflache (22) bedeckt.

2.) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führung des Schwenkschlittens (l in diesem oder in der diesen führenden Gehäusefläche ( eine Nute (28) vorgesehen ist u£d daß in dem jeweils anderen Bauteil (14 bzw. 2) eine in die Nute eingreife Erhöhung vorzugsweise in Form einer Paßfeder (29) vorgesehen ist.

J5.) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Führung des Schwenkschlittens (1 im Gehäuse bzw. Gehäuseboden (2) eine senkrecht zur Schwenkachse der Zylindertrommel angeordnete Führungs-

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fläche (J4) angeordnet 1st, gegen die eine Seitenfläche (35) des Schwenkschlittens (114) anliegt.

4.) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder insbesondere Anspruch 3* bei der der Schwenkschlitten mittels eines in diesen eingreifenden Stellzapfens verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzapfen (II8) für die seitliche Führung des Schwenkschlittens (114) ausgestaltet und geführt ist.

5.) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Seitenführung vorgesehenen Mittel (28, 29) zwi/sehen der mit dem Gehäusekanal (26) in Verbindung stehenden öffnung (25) im Schwenkschlitten (l4) und dessen Außenkante angeordnet

sind.

6.) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neben dem Schwenkschlitten (14 bzw. 114) der Zylindertromme!stirnfläche (22) gegenüberliegende Innenwand (j5l) des Gehäuses (l)bzw. des Gehäusebodens (2) eine Vertiefung aufweist.

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