DE2910191A1

DE2910191A1 - Hydrostatische kolbenmaschine

Info

Publication number: DE2910191A1
Application number: DE19792910191
Authority: DE
Inventors: Peter Rutz
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1979-02-26
Filing date: 1979-03-15
Publication date: 1980-08-28
Also published as: NL8001094A; GB2043768A; IT8019727A0; IT1141171B; CH638590A5; FR2449808A1; US4328739A; SE8001312L; GB2043768B; JPS55114887A

Description

p. -5594/st/Ma

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Hydrostatische Kolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbaren Zylinderblock, in dem am Umfang verteilte Kolben radial zum Zapfen geführt sind, die an ihren äusReren Enden Stützflächen aufweisen, die entlang ebener Führungsflächen eines Führungsteils geführt sind, die tangential zu einer kreiszylindrischen Fläche angeordnet sind, deren Achse zur Achse des Zylinderblocks exzentrisch ist, wobei der Führungsteil mit seinen beiden Seitenwänden am Zapfen um die Achse der kreiszylindrischen Fläche gelagert ist und wobei der Zapfen zwei mit dem Zylinderblock zusammenwirkende Steuerschlitze aufweist, von denen der eine mit einer hydraulisches Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung und der andere mit einer hydraulisches Druckmittel unter niedrigem Druck führenden Bohrung verbunden ist.

Bei Maschinen dieser Art ergeben sich Probleme für die Lager zwischen Zapfen und Zylinderblock wie auch zwischen Zapfen und Führungsteil·, und zwar besonders dann, wenn die Maschine in einem prossen Druckbereich von beispielsweise 100 - 1000 bar betrieben werden soll und ausserdem für grosse Leistungen bestimmt ist, beispielsweise 10Ό0 PS. Bekannt sind Lager, die über ein Oelpolster entlastet werden. Die Oelzufuhr zum Lager erfolgt ungedrosselt. Dabei berühren sich die Lagerteile beim Anfahren und im Betrieb, weshalb das OeI eine gute Schmierfähigkeit aufweisen muss. Dem Vorteil eines geringen Oelverlustes und einer kleinen Lagerbelastung im Falle eines Klemmens stehen die Kachteile gegenüber, dass eine re-

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lativ grosse Lagerreibung existiert, dass das Startverhalten schlecht ist, dass für das Lager nur gut schmierendes OeI verwendet werden"kann und dass der höchst mögliche Betriebsdruck sehr begrenzt ist.

Weiter sind Lager bekannt, die eine vollständige hydrostatische Entlastung aufweisen. Solange ein genügend hoher OeI-druck vorhanden ist, berühren sich die relativ zueinander bewegten Teile nicht. Die Oelzufuhr zur hydrostatischen Lagertasche geschieht über eine Drosselstelle, die zusammen mit dem Lagerspalt um die Tasche herum ein System bildet, das den Druck in der Lagertasche selbsttätig der jeweiligen Lagerbelastung anpasst. Beim Anfahren und im Betrieb existiert bei solchen Lagern eine minimale Reibung; ferner kann schlecht schmierendes Druckmittel, z. B. Silikonöl, verwendet werden. Als Nachteil solcher Lager ergibt sich ein relativ grosser Oelverlust und beim Verstopfen einer Drosselstelle ist das Lager völlig ohne Schmierung und somit der vollen Lagerbelastung ausgesetzt.

Schliesslich sind Lager bekannt, die mit vollständiger hydrostatischer Entlastung, aber ohne Drosselstelle in der Oelzufuhr arbeiten. Eine selbsttätige Regelung des Druckes in der Lagertasche ist dabei nicht möglich; die Höhe des Lagerspaltes kann bei jedem. Druck null oder gross sein. Solche Lager haben also ein instabiles Verhalten sowie einen relativ grossen Oelverlust. Die Dimensionierung der Lagertasche ist schwierig, weil das Druckprofil der Tasche nicht genau zu bestimmen ist. Diese Schwierigkeit gilt besonders dann, wenn die Maschine für grosse Betriebsdrücke bestimmt ist. Andererseits hat ein solches Lager den Vorteil geringer Reibung und dass die Lagerbelastung beim Klemmen kleiner ist als bei den beiden anderen zuvor erwähnten Lagern.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine hydrostatische Kolbenmaschine der eingangs genannten Art die Lagerung des Zylinderblocks einerseits und des Führungsteils andererseits auf dem Zapfen so zu verbessern, dass ein sicherer Betrieb der Maschine über einen grossen Druckbereich sowie bei grossen Leistungen ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelost, dass im Zapfen beiderseits neben dem Steuerschlitz, der mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung verbunden ist, mindestens je eine mit dem Zylinderblock zusammenwirkende hydrostatische Lagertasche vorgesehen ist, die beide über je eine Drosselstelle mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung in Verbindung stehen, und dass im Zapfen - dem Steuerschlitz, der mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung verbunden ist, gegenüberliegend und jeder Seitenwand des Führungsteils zugeordnet - ei-

mindestens ne hydrostatische Lagertasche und eine weitere Lagertasche vorgesehen sind, von denen die hydrostatische Lagertasche über eine Drosselstelle und die weitere Lagertasche ungedrosselt mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung in Verbindung stehen.

Durch diese Gestaltung sind an jeder Lagerstelle mindestens zwei hydrostatische Lagertaschen vorhanden, von denen mindestens eine mit ungedrosselter Druckmittelzufuhr und mindestens eine mit gedrosselter Druckmittelzufuhr versehen ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Anteil der beiden Lagertaschen an der Teilentlastung des Lagers in bestimmten Grenzen eingestellt werden kann, nämlich durch Aendern der Querschnitte der Drosselstellen. Die Drosselquerschnitte können so dimensioniert werden, dass im ganzen Betriebsbereich einwandfreie Verhältnisse hinsichtlich des Lagerspiels

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entstehen. Im allgemeinen wird man den Hauptanteil der Entlastung den Lagertaschen mit ungedrosselter Druckmittelzufuhr über-tragen. Sollte eine Drosselstelle durch Verstopfung ausfallen, so bleibt die Lagerbelastung relativ klein, weil die Lagertasche mit ungedrosselter Druckmittelzufuhr intakt bleibt. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass für die erfindungsgemässe Maschine ein schlecht schmierendes Druckmittel verwendet werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Querschnitt entsprechend der Linie I - I in Fig. 2 durch eine hydrostatische Maschine gemäss Erfindung,

Fig. 2 einen Axialschnitt entsprechend der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt entsprechend der Linie III - III in Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend der Linie IV - IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend der Linie V - V in Fig. 2 und

Fig. 6 und 7 je ein Kräftediagramm zu Fig. 4 bzw. 5

G-emäss Fig. 1 und 2 weist eine hydrostatische Kolbenmaschine einen Zylinderblock 1 auf, der um einen zylindrischen Zapfen 2 mit der Achse A drehbar ist. Im Zylinderblock 1 sind in radialen Zylinderbohrungen 3 neun Kolben 4 geführt, die an ihren äusseren Enden je einen Fuss 5 mit ebener Stützfläche aufweisen. Mit ihrer ebenen Stützfläche sind die Kolben entlang ebener Führungsflächen 6 geführt, die auf der Innenseite

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eines ringförmigen Führungsteils 7 angeordnet sind. Die Führungsflächen 6 sind in bekannter Weise tangential zu einer kreiszylindrischen Fläche mit der Achse B angeordnet, die zur Achse A des Zapfens 2 exzentrisch ist.

Beiderseits des Zapfens 2 sind zylindrische Abschnitte 8 vorgesehen, auf denen die scheibenförmigen Seitenwände 11 und 12 des Führungsteils 7 drehbar gelagert sind. Anschliessend an die zylindrischen Abschnitte 8 sind zylindrische Abschnitte 13 vorgesehen, die in einem nicht dargestellten, feststehenden, die bisher beschriebenen Bauteile umgebenden Maschinengehäuse fixiert sind.

Durch den in Fig. 2 linken zylindrischen Abschnitt 13, die beiden zylindrischen Abschnitte 8 und den dazwischen liegenden Zapfen 2 erstrecken sich zwei achsparallele Bohrungen 9 und 10, die der Zufuhr und der Abfuhr von hydraulischem Druckmittel dienen, wobei je nachdem, ob die Maschine als Pumpe mit nur einer Drehrichtung oder als Motor mit wechselnder Drehrichtung betrieben wird, die Zufuhr und Abfuhrfunktion der Kanäle 9 und 10 gleich bleibt oder wechselt. Der Zapfen 2 weist zwei Steuerschlitze 14 und 15 auf, die sich quer zur Achsrichtung über etwas weniger als den halben Umfang des Zapfens erstrecken und mit der Bohrung 9 bzw. 10 in Verbindung stehen. Fluchtend zu den Steuerschlitzen 14 und 15 sind im Zylinderblock 1 Verbindungskanäle 16 vorgesehen, die sich in der Verlängerung der Zylinderbohrungen 3 zum Zapfen 2 hin erstrecken und im Betrieb der Maschine die Verbindung zwischen den Zylinderräumen unter dem Kolben 4 und dem zugehörigen Steuerschlitz herstellen.

Beiderseits des Steuerschlitzes 14 erstreckt sich, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist, ein Steg 17, dessen axiale Breite

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für die Grosse der im Spalt zwischen dem Zapfen 2 und dem Zylinderblock 1 wirkenden hydraulischen Kraft massgebend ist. Beiderseits des Steuerschlitzes 14 ausserhalb der Stege 17 ist eine hydrostatische Lagertasche 18 vorgesehen, die, wie Fig. 3 zeigt, über einen Kanal 19 und eine Drosselstelle 20 mit der axialen Bohrung 9 in Verbindung steht. Im Gegensatz zur Druckmittelzufuhr zu den beiden Lagertaschen 18, die über die Drosselstelle 20 stattfindet, ist die Druckmittelzufuhr zum Steuerschlitz 14 ungedrosselt und dadurch in axialer Richtung auch zu den Stegen 17.

Ausser der beschriebenen Anordnung der hydrostatischen Lagertaschen 18 im Bereich des Steuerschlitzes 14 befindet sich auf der diesem Schlitz entgegengesetzten Seite des Zapfens im Beaich jeder Seitenwand 11 und 12 eine hydrostatische Lagertasche 22, wie dies in Fig. 5 für die Seitenwand 11 dargestellt ist. Jede hydrostatische Lagertasche ZZ wird, wie die Lagertasche 18, von der axialen Bohrung 9 her mit Druckmittel versorgt, wobei in jeder Verbindungsbohrung 23 wiederum eine Drosselstelle 24 vorgesehen ist. Ausser der hydrostatischen Lagertasche 22 weist der zylindrische Abschnitt 8 je Seitenwand zwei Lagertaschen 25 und 26 auf, die jede ebenfalls mit der axialen Bohrung 9 über eine Verbindungsbohrung 27 bzw.<®verbunden sind, jedoch eine ungedrosselte Druckmittelzufuhr aufweisen. Wie bei der Lageranordnung im Bereich des Steuerschlitzes 14 zwischen den Stegen 17 und den die Lagertaschen 18 begrenzenden Stegen Trennuten 30 vorgesehen sind, so sind auch zwischen der hydrostatischen Lagertasche 22 für jede Seitenwand und den zugehörigen ungedrosselten Lagertaschen 25 und 26 Trennuten 31 vorgesehen. Gleiche Trennuten 32 befinden sich auch jeweils auf der Aussenseite der Lagertaschen 25 und 26, um die Breite der Begrenzungsstege zu definieren.

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Für die folgende Beschreibung der Wirkungsweise der Erfindung sei angenommen, dass die Maschine als Pumpe arbeitet und der Führungsteil 7 sowie der Zylinderblock 1 sich in Richtung des Pfeiles CJ in Fig. 1 drehen. Unter dieser Voraussetzung liegt der Steuerschlitz 14 auf der Hochdruckseite und die Bohrung 9 bildet den Druckmittelabfuhrkanal, während die Bohrung 10 den Saugkanal bildet. Gemäss Fig. 4 und 6 entsteht unter den Kolben 4, die sich im Bereich des Steuerschlitzes 14 befinden, eine resultierende Kraft Pi, die zum Zapfen 2 hin gerichtet ist. Dieser Kraft Pi entgegen wirkt eine Kraft P_a, die vom Druckmittel im Steuerschlitz 14 herrührt und deren Grosse von der Breite der Stege 17 abhängig ist. Diese Kraft wird so bemessen, dass sie 70 - 95 % der Kraft P₁ beträgt . Die restlichen 30 - 5 % der Kraft P₁ werden in den beiden hydrostatischen Lagertaschen 18 aufgebracht, in denen zwei gleich grosse Kräfte P-^ erzeugt werden, die der Kraft Pi entgegen wirken. Auf diese Weise sind die Lagerkräfte zwischen Zylinderblock und Zapfen 2 ausgeglichen.

Wie Fig. 1 und 2 zeigen, üben die Kolben 4, die sich im Bereich des Steuerschlitzes 14 befinden, auf den Führungsteil 7 eine resultierende Kraft Pk aus, die über die Seitenwände 11 und 12 von den zylindrischen Abschnitten 8 aufgenommen wird, und zwar beträgt die Kraft an jedem Abschnitt -5- Pk. Gemäss Fig. 5 und 7 wird jede Kraft 2 Pk durch eine Kraft Pm, die in der hydrostatischen Lagertasche 22 aufgebracht wird und die 30 - 5 % der Kraft -5- Pk beträgt, sowie zwei Kräfte Ρχ und P_r ausgeglichen, die in den Lagertaschen 25 und 26 aufgebracht werden. Die Kräfte Pr und Pi sind jeweils Resultierende aus zwei Kraftkomponenten Pj₁ und Pv, wobei die beiden Komponenten Py- zusammen 70 - 95 $ der Kraft ^- Pk betragen.

Durch die erfindungsgemässe Anordnung und Gestaltung der La-

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gerungen wird ein sicherer Betrieb der Maschine im ganzen Betriebsbereich ermöglicht.

Abweichend von dem beschriebenen Beispiel ist es auch möglich, beiderseits des Steuerschlitzes 14 - statt je eine La tasche 18 - je zwei hydrostatische, mit gedrosseltem Druckmittel aus der Bohrung 9 ansrespiesene Lagertaschen vorzusehen. Ausserdem ist es möglich, die ungedrosselt angespiese nen Lagertaschen 25 und 26 - statt in Umfangsrichtung - in axialer Richtung beiderseits jeder hydrostatischen Lagertasehe 22 anzuordnen, wenn die Breite der Seitenwände 11 und 12 dies gestattet. Liese Ausführungsform der Seitenwandla-

sich

gerung lässt ferner noch so abwandeln, dass um jede hydrostatische, mit gedrosseltem Druckmittel angespiesene Lagertasche 22 herum eine Lagertasche angeordnet wird, die einen in sich geschlossenen Taschenraum von beispielsweise rechteckigen Umriss aufweist.

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Claims

P. 5394/St/Ma

Patentansprüche

f l_v Hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbaren Zylinderblock, in dem am Umfang verteilte Kolben radial zum Zapfen geführt sind, die an ihren äusseren Enden Stützflächen aufweisen, die entlang; ebener Führungsfl'ichen eines Führungsteils geführt sind, die tangential zu einer kreiszylindrischen Fläche angeordnet sind, deren Achse zur Achse des Zylinderblocks exzentrisch ist, wobei der Führungsteil mit seinen beiden Seitenwänden am Zapfen um die Achse der kreiszylindrischen Fläche gelagert ist und wobei der Zapfen zwei mit dem Zylinderblock zusammenwirkende Steuerschlitze aufweist, von denen der eine mit einer hydraulisches Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung und der andere mit einer hydraulisches Druckmittel unter niedrigem Druck führenden Bohrung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Zapfen beiderseits neben dem Steuerschlitz, der mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung verbunden ist, mindestens je eine mit dem Zylinderblock zusammenwirkende hydrostatische Lagertasche vorgesehen ist, die

<ΪΟ beide über je eine Drosseis teile mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung in Verbindung stehen, und dass im Zapfen - dem Steuerschlitz, der mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung verbunden ist, gegenüberliegend und jeder Seitenwand des Führungsteils zugeordnet - eine hydrostatische Lagertasche und mindestens eine weitere Lagertasche vorgesehen sind, von denen die hydrostatische Lagertasche über eine Drosselstelle und die weitere Lagertasche ungedrosselt mit der Druckmittel unter hohem Druck führenden Bohrung in Verbindung stehen.

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2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je Seitenwand zwei weitere ungedrosselt angespiesene Lagertaschen vorgesehen und in Umfangsrichtung gesehen neben der hydrostatischen Lagertasche angeordnet sind.
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschlitz und die weiteten ungedrosselt. «ngespiesenen Lagertesehen so bemessen sind, dass die in ihnen erzeugte hydr-aulisohe Kraft die aus der Lagerbelastung resultierende Kraft zu 70 - 95 % entlastet, und dass die hydrostatischen über Drosselstellen gespiesenen Lagertaschen so bemessen sind, dass die in ihnen erzeugte hydraulische Kraft die restlichen 30 - 5 % der Lagerbelastung ausgleichen.

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