DE2643770A1

DE2643770A1 - Hydraulische maschine mit axial angeordneten kolben

Info

Publication number: DE2643770A1
Application number: DE19762643770
Authority: DE
Inventors: Pierre Bouthors; Roger Maistrelli
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1976-09-29
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE7630369U1; FR2327422A1; FR2327422B1; GB1552350A

Description

Hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben

Die Erfindung "bezieht sich auf eine hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben, deren Anwendung als Pumpe oder Hydraulikmotor wohlbekannt ist. Sie "betrifft insbesondere eine Aus führung s art einer solchen Maschine mit axialen Kolben, die in einer drehbaren, die Zylinder zur Aufnahme der Kolben enthaltenden Trommel angeordnet sind, wobei die Zylinder mit kreisförmig um die Rotationsachse der Trommel und gegenüber einer Verteilerplatte einmündenden Öffnungen in Kommunikation stehen und die Verteilerplatte mit einem Gehäuse in Kontakt steht, das die entsprechenden Durchgangsöffnungen für das Fluid unter hohem und niedrigem Druck aufweist und die Trommel drehbar an der Verteilerplatte angebracht ist, deren eine, der in Kontakt mit der Trommel stehenden Fläche gegenüberliegende Fläche gekrümmt ist und mit einer entsprechenden ersten, gekrümmten Fläche des Maschinengehäuses zusammenwirkt, welches Durchgangsöffnungen für das Fluid unter hohem und niedrigem Druck aufweist, wobei letztere den länglichen Öffnungen der Verteilerplatte gegenüberliegen, deren Querschnitt größer ist als die Oberfläche der gesamten gleichzeitig unter Hochdruck arbeitenden Zylinder. / // /

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Bei der "bekannten Ausführung dieser Art von Maschinen ist zumindest der Querschnitt "bzw. die Oberfläche der länglichen öffnung für hohen Druck der Verteilerplatte kleiner als der- bzw. diejenige der kleinsten Anzahl von Zylindern der Pumpentrommel, welche gleichzeitig unter Hochdruck arbeiten, so daß die Verteilerplatte durch den Hochdruck des Fluids gegen die gekrümmte Oberfläche des Pumpengehäuses gedruckt wird.

Da derartige Maschinen im allgemeinen eine ungerade Anzahl von Kolben aufweisen, meistens sieben, ist abwechselnd immer eine andere Anzahl von gleichzeitig unter Druck arbeitenden Kolbeneinheiten gegeben (wechselweise 3 oder 4- im Fall einer Maschine mit 7 Kolben). Da es nun wünschenswert ist, daß der Kontaktdruck der Verteilerplatte auf die gekrümmte Fläche des Gehäuses so niedrig wie möglich ist, muß dieser Kontaktdruck ausgehend von der Mindestzahl der gleichzeitig unter Druck arbeitenden Kolben berechnet werden, damit das Arbeitsspiel immer in derselben Richtung ausgeglichen wird. Dies bedeutet also, daß der Kontaktdruck mindestens um den Druckstoß eines Kolbens in einem Druckzylinder zjfelisch variiert, was vom mechanischen Standpunkt und vom Verschleiß her gesehen zu hoch ist. Außerdem hat die bezüglich der Oberfläche der länglichen öffnungen auferlegte Begrenzung auch eine Begrenzung der entsprechenden Fluid-Durchlaßöffnungen zur Folge, was wiederum zu einer Leistungsminderung durch Ladeverlust führt, die sich besonders bei hohen Geschwindigkeiten stark bemerkbar macht.

Wenn man einen Querschnitt für die länglichen öffnungen der Verteilerplatte wählt, der größer ist als die gesamte Oberfläche der gleichzeitig unter Druck arbeitenden Zylinder, so läßt sich das praktisch nicht mit einer gewöhnlichen Struktur solcher Pumpen vereinbaren«.

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Aufgabe der Erfindung ist, eine hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben zu schaffen, welche diese letzte Bedingung auf einfache Weise erfüllt und die vorstehend genannten Nachteile "beseitigt.

Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Maschine der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verteilerplatte eine bogenförmig gekrümmte, der Trommel zugewandte Fläche aufweist, die sich gegen eine zweite, bogenförmig gekrümmte Fläche des Gehäuses abstützt.

Vorzugsweise sind die hydrostatischen Lager zwischen der zur Trommel hin gerichteten, gekrümmten Fläche und der zweiten, gekrümmten Fläche ausgebildet, wobei sie vorteilhafterweise selbstregulierend sind.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die Maschine nach I - I in Fig. 2; Fig. 2 einen Schnitt gemäß II - II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht der Verteilerplatte in Richtung von Pfeil III der Fig. 4;

Fig. 4- eine Seitenansicht der Verteilerplatte in Richtung des Pfeils IV in Fig. 5;

Fig. 5 einen Schnitt nach V - V in Fig. 4- und

Fig. 6 einen entsprechenden Schnitt durch eine Ausführungsvariante.

Es wird in der Beschreibung davon ausgegangen, daß es sich bei der dargestellten Maschine um eine Pumpe handelt.

Diese Pumpe umfaßt ein aus einem zentralen Körper 1 bestehendes Pumpengehäuse, das an einem seiner Enden durch einen Flansch 2 abgeschlossen ist, durch dessen Zentrum eine An-

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triebswelle 3 der Pumpe verläuft und an seinem anderen Ende durch einen Deckel 4· mit Eintrittsöffnungen (niedriger Druck) und Austrittsoffnungen 6 (hoher Druck) für das zu fördernde Fluid. Die Welle 3 versetzt über ein mit Nuten versehenes Verbindungselement 7 eine auf einem Rollenlager 9 im Körper 1 angebrachte Platte 8 in Drehbewegung. In dieser Platte 8 sind kugelförmige Enden eines Pleuels gelagert, dessen andere, ebenfalls kugelförmige Enden mit den in den axialen Zylindern 12 einer tonnenförmigen Pumpentrommel 13 gleitend angeordneten Kolben 11 verbunden sind, von denen z.B. sieben an der Zahl kreisförmig angeordnet sind.

Die Welle 3 dient ebenfalls dazu, die Trommel 13 über ein homokinetisches Gelenk in Drehung zu versetzen, welches hier ein mit transversalen Ansätzen 14a, 14b versehenes Pleuel umfaßt, wobei die Ansätze in Nuten im Innern der Welle 3 und der Pumpentrommel 13 eingreifen und das Pleuel selbst an letztere durch Pfannengelenke angeleiifc ist. Einer seiner Lagerpunkte mittels Pfannengelenk 15 ist federnd in 16 gelagert, hier in der Welle 3i um seine Lagevariierungen zu kompensieren, wenn die Neigung der Pumpentrommel 13 gegenüber der Platte 8 verändert wird, wie aus der folgenden Beschreibung noch näher hervorgeht.

Die Pumpentrommel 13 ist mittels eines Kugellagers 17 an einem Stutzen 18, den die zwischen der Trommel und dem Gehäusedeckel 4 gelegene Fluid-Verteilerplatte 8 aufweist, drehbar angebracht. Die Verteilerplatte umfaßt eine der benachbarten Fläche der Trommel gegenüberliegende Fläche, welche mit gekrümmten Eintrittsöffnungen 21 (Niedrigdruck) und Austrittsoffnungen 22 (Hochdruck) des zu fördernden Fluids versehen ist, die im Durchgangsweg der Öffnungen am Boden des Zylinders 23 gelegen sind. Die Platte 19 weist eine entgegengesetzt zur Fläche 20 liegende Fläche 24 auf,

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die gekrümmt ist und mit einer inneren, gleicherweise gekrümmten Fläche 25 des Deckels 4 zusammenwirkt, wobei diese gekrümmten Flächen zylindrische Oberflächen darstellen, deren Achse in 26 liegt, und zwar im Zentrum der Platte 8 und in der Ebene der Achsen der die Pleuel 10 mit der Platte 8 verbindenden Gelenkpfannen, so daß die Verteilerplatte 19 um die Achse 26 um einen Winkel drehbar ist, um so die Neigung der Trommel im Pumpengehäuse zu ändern und damit auch den Hubraum der Maschine, hier durch ein in 28 an die Platte 19 angelenktes Pleuel 27 (siehe Fig. 1). Die Platte ist dabei außerdem seitlich im Körper 1 geführt, und zwar mittels ihrer Seitenflanken in seitlichen Führungselementen 29; eine derartige Führung könnte jedoch auch zwischen der Platte 19 und dem Deckel 4 z.B. mittels Keil und Nut vorgesehen sein. Auf der Fläche 24 der Platte 19 befinden sich zwei längliche Öffnungen 50, 311 die jeweils über interne Durchgangslöcher 32 > 33 der Platte mit den Eintritts- und Austrittsöffnungen 21 bzw. 22 für das zu fördernde Fluid in Verbindung stehen. Die länglichen Öffnungen 30, 31 sind so ausgebildet, daß sie sich jeweils mit den an der gekrümmten Fläche 25 des Deckels einmündenden Eintritts- bzw» Austrittsöffnungen 5 bzw. 6 decken, was auch immer die Neigung ist, welche Platte und Pumpentrommel 19 bzw. 23 zusammen einnelnen. Die länglichen Öffnungen 30,31 sind von Dichtungselementen 34 umgeben, um jegliches Lecken an dieser Stelle zu verhindern; die Dichtungselemente können z.B. die in der französischen Patentschrift 2 087 277 der Anmelder beschrieben sein.

Der Querschnitt von mindestens der länglichen Öffnung 31 hohen Druck, und hier auch derjenige der Öffnung 30 ist, zumindest bei einer reversiblen Maschine, größer als die Oberfläche der gesamten gleichzeitig unter Hochdruck arbeitenden Zylinder, so daß der Druckstoß des geförderten Fluids die Verteilerplatte ständig gegen die Pumpentrommel drückt, d.h. mit einer größeren Kraft als der durch den Druck in den Zylindern erzielten, selbst wenn vier von den sieben Zylindern

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•unter Hochdruck arbeiten. Der Unterschied zwischen dem Druckstoß des unter Hochdruck geförderten Fluids, der über die entsprechende längliche Öffnung auf die Verteilerplatte wirkt und der Gegendruckstoß des unter Hochdruck geförderten Fluids, der in den Zylindern wirkt, herrscht somit in Richtung Verteil erplatt e-Pixmpentrommel vor und wird dort mittels hydrostatischer Lager kompensiert, die zwischen der Verteilerplatte und dem Gehäuse liegen, und zwar entlang den einander gegenüberliegenden gekrümmten Flächen 35, 36, die den vorgenannten gekrümmten Flächen 24, 25 entsprechen und damit auch von den Zylinder flächen der Achse 26 gebildet sind. Diese Lager umfassen längliche Höhlungen, hier vier an der Zahl, d.h. zwei auf jeder Seite der Platte, mit den Bezugsziffern 37» 38, 39» 40 und sind an den gekrümmten Flächen 35 der Platte angeordnet, über welche den Höhlungen das Fluid unter Hochdruck zugeführt wird.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsart der Speisung dieser Höhlungen bei einer Pumpe oder einem Motor, bei denen die Öffnung 22 und der entsprechende Durchgang 33 immer den Durchflußweg des Fluids unter Hochdruck darstellen, wobei der Durchgang 33 mit den vier Höhlungen 37 bis 40 über interne Leitungen verbunden ist. Diese internen Leitungen umfassen zwei sich kreuzende, an einem Ende abgeschlossene Sackleitungen 41, 42, von denen die eine, nämlich 41, die Passage 33 überquert, vier Sackleitungen 43, 44, 45, 46,die in die Leitung 42 einmünden sowie vier Leitungen 47, 48, 49, 50, welche die Leitungen 43-46 mit den Höhlungen 37-40 verbinden. Vorzugsweise werden diese Lager auf bekannte Weise selbstregulierend gestaltet, indem die Höhlungen über begrenzte Passagen, welche Ladeverluste erzeugen, gespeist werden und welche hier aus spiralförmigen Nuten bestehen, die an den in den Leitungen 43-46 eingesetzten zylindrischen Körpern 51 angebracht sind und indem man diesen Höhlungen relativ große Dimensionen verleiht, so daß die Variierungen der durch sie erzeugten Lade-

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Verluste sich in einer spürbaren Veränderung des in den "betreffenden Höhlungen herrschenden Drucks bemerkbar machen, wodurch sich die Lager dauernd dem zu kompensierenden Druckstoß der Verteilerplatte anpassen können. Es ist anzumerken, daß der zu kompensierende Druckstoß in seiner Amplitude und auch in seiner Stellung bezüglich der resultierenden Kraft variierbar ist, wobei die gleichzeitig unter Hochdruck arbeitenden Kolben der in Betracht gezogenen Maschine abwechselnd drei bzw. vier an der Zahl sind.

Man kann selbstverständlich auch hydrostatische Lager mit Höhlungen geringeren Querschnitts wählen und sie direkt mit dem Druckmedium speisen, wobei die Variierungen der Druckstöße dann mechanisch absorbiert werden, oder auch jede andere Lagerkonstruktion, selbst mechanischer Art wie z. B. Kugellager, vorsehen, sofern sie entsprechend dem herrschenden Druckstoß dimensioniert sind, der so hoch sein kann, wie ifrn die im Eahmen der Erfindung liegende Wahl der Durchgangsöffnungen für das Fluid gestattet, welche zum Vermindern der Ladeverluste und zur Leistungssteigerung vorgesehen sind.

Fig. 6 stellt als Variante eine andere Speisungsart der Höhlungen der beschriebenen hydrostatischen Lager für den Fall einer Pumpe (oder eines Motors) dar, bei der (bzw. dem) die Funktion der Öffnungen 21, 22 und der entsprechenden Durchgangsöffnungen 32, 33 austauschbar ist, wobei die Durchgangsöffnungen dann durch eine entsprechende Leitung 41a. mit der Leitung 42 verbunden sind und bei ¹VIa zwischen den beiden Durchgangsöffnungen eine Kugel-Steuerklappe 52 angebracht ist, deren Kugel unter Einwirkung des von den Durch-

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gangsöffnungen 32 bzw. 33 unter hohem Druck zugeführten Fluids die Verbindung zwischen der Leitung 42 und der anderen Fluidleitung unter niedrigem Druck, 33 bzw- 32, unterbricht.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung weitere Varianten und Ausgestaltungen möglich.

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Leerse i t e

Claims

Patentansprüche

1./Hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben, —^/ die in einer drehbaren, die Zylinder zur Aufnahme der Kolben enthaltenden Trommel angeordnet sind, wobei die Zylinder kreisförmig um die Hotationsachse der Trommel und gegenüber einer Verteilerplatte einmündenden Öffnungen in Kommunikation stehen und die Verteilerplatte mit einem Gehäuse in Kontakt steht, das die entsprechenden Durchgangsöffnungen für das Fluid unter hohem und niedrigem Druck aufweist und die Trommel drehbar an der Verteilerplatte angebracht ist, deren eine, der in Kontakt mit der Trommel stehenden Fläche gegenüberliegende Fläche gekrümmt ist und mit einer entsprechenden ersten, gekrümmten Fläche des ^schinengehäuses zusammenwirkt, welches Durchgangsöffnungen für das Fluid unter hohem und niedrigem Druck aufweist, wobei letztere den länglichen öffnungen der Verteilerplatte gegenüberliegen, deren Querschnitt größer ist als die Oberfläche der gesamten gleichzeitig unter Hochdruck arbeitenden Zylinder, dadurch gekennz eichnet , daß die Verteilerplatte (19) eine bogenförmig gekrümmte, der Trommel (13) zugewandte Fläche (35) aufweist, die sich gegen eine zweite, bogenförmig gekrümmte Fläche (36) des Gehäuses (1) abstützt.

2. Hydraulische Haschine mit axial angeordneten Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß zwischen der der Trommel (13) zugewandten₉ bogenförmig gekrümmte» Fläche (35) und der zweiten, bogenförmig gekrümmten Fläche (36) des Gehäuses nydrostatische Lager ausgebildet sind.

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3· Hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatischen Lager im Bereich der Yerteilerplatte (19) durch Höhlungen (37» 38» 39) 40) gebildet sind, welche über eine interne Leitung (33) in der Platte (19) für das unter Hochdruck stehende Fluid gespeist sind.

4. Hydraulische Maschine mit axial angeordneten Kolben nach einem der Ansprüche 2 oder 3* dadurch gekennzeichnet , daß die hydrostatischen Lager (37» 38, 39» 40) einzeln über begrenzte, Ladeverluste herbeiführende Leitungen (43, 44, 45, 46) gespeist sind.

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