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Hydraulische Axialkolbenmaschine in Schräg-
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achsenbauweise Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Axialkolbenmaschine
in Schrägachsenbauweise mit einer durch ein Axial- und Radiallager abgestützten
Triebscheibe.
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Wegen der unsymmetrischen und stark wechselnden Belastung ist die
Lagerung der Triebscheibe und der Triebwelle einer derartigen Axialkolbenmaschine
einem extrem hohen Verschleiß unterworfen. Man hat daher bereits zahlreiche Versuche
unternommen, die als Axial- und Radiallager verwendeten Wälzlager durch hydraulische
Gegendruckvorrichtungen entsprechend der unsymmetrischen Belastung zu entlasten.
Als axiales Lager für die Triebscheibe einer derartigen Maschine sind, in Funktionsverbindung
mit der vorgenannten hydraulischen Entlastungsvorrichtung schon hydrostatische Gleitlager
benutzt worden. Offenbar wegen der großen Unsymmetrie der an der Triebscheibe angreifenden
Radialkräfte, durch welche der Triebscheibe ein großes Kippmoment aufgedrückt wird,
ist es bisher nicht möglich gewesen, auch die Radiallagerung als hydrostatisches
Gleitlager auszubilden.
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Zwar sind beispielsweise aus dem DE-Gbm 1 862 598 hydrostatische Radiallager
bekannt, bei denen der Gesamtquerschnitt der auf der belasteten Lagerschalenseite
angeordneten Drosselstelle größer ist als der Gesamtquerschnitt der Drosselstellen
auf der unbelasteten Lagerschalenseite. Die Aufnahme von auf das gelagerte Drehteil
wirkenden Kippkräften ist durch ein solches Radiallager aber noch nicht möglich.
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Aus der DE-PS 1 151 422 ist es bekannt, die rotierende Zylindertrommel
derartiger Axialkolbenmaschinen durch an dem Außenumfang der Zylindertrommel angreifende
hydrostatische Gleitschuhe, die z.B. mit gedrosseltem Drucköl aus dem Hbchdruckkreislauf
der als Pumpe arbeitenden Maschine gespeist werden, abzustützen. Diese unsymmetrische
Abstützung dient zum Ausgleich der Biegemomente, die am Mittelzapfen der Zylindertrommel
wirken.
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Bei der in der DE-PS 1 172 506 beschriebenen Weiterentwicklung des
Gegenstandes der DE-PS 1 151 422 erfolgt die hydrostatische Abstützung der Zylindertrommel
unsymmetrisch, wobei eine durch den Schwenkwinkel der Zylinder trommel gesteuerte
Drossel bzw. ein Umschaltventil die Beaufschlagung der hydrostatischen Gleitschuhe
mit Druckflüssigkeit aus einer gesonderten Druckmittelqllelle steuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Gleitlageranordnung
zu schaffen, welche bei allen Betriebszuständen die radiale Abstützung der Triebscheibe
ermöglicht. Bisher war es wegen der Unsymmetrie der Radialkräfte und ihrer Xnderungen
mit dem Betriebszustand der Maschinen nicht möglich, hydrostatische Lager vorzusehen.
Diese sind wegen ihrer einfachen Bauweise und
Verschleißarmut gegenüber
Wälzlagern anzustreben, bisher aber nur für die axiale Abstützung der Triebscheibe
verwendet worden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine hydraulische Axialkolbenmaschine
der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß das Radiallager durch zwei
oder mehrere am Umfang der Triebscheibe angeordnete hydrostatische Gleitlager gebildet
ist, wobei mindestens zwei Gleitlager einander diametral gegenüberliegend angeordnet
sind, von denen das eine Gleitlager zur Aufnahme der in Radialrichtung wirkenden
resultierenden Kolbenkräfte in Wirkrichtung dieser Radialkraft angeordnet und das
gegenüberliegende Gleitlager zur Auf-.
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nahme des auftretenden Kippmomentes gegenüber dem die Radialkräfte
aufnehmenden Gleitlager axial versetzt am Umfang der Triebscheibe angeordnet ist.
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Da aus konstruktiven Gründen eine radiale Abstützung durch ein hydrostatisches
Gleitlager im Angriffspunkt der resultierenden Kolbenkräfte an der Triebscheibe
nicht möglich ist, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, mindestens zwei
Gleitlager vorzusehen, von denen das eine um einen konstruktiv notwendigerweise
vorgegebenen axialen Abstand vom Angriffspunkt der resultierenden Kolbenkräfte versetzt
angeordnet ist und die radialen Kolbenkräfte aufnimmt, während das andere Gleitlager
dem ersten Gleitlager diametral gegenüberliegt und um einen weiteren axialen Abstand
versetzt angeordnet ist,
um die Kippkräfte aufzunehmen, die an der
Triebscheibe durch die konstruktiv nicht mögliche symmetr4sche Abstützung der radialen
Kolbenkräfte durch das erste Gleitlager entstehen.
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Zweckmässig erfolgt in bekannter Weise die Zuführung der Druckflüssigkeit
zu den Gleitlagern über zumindest eine Drossel von der Hochdruckseite der Maschine,
wobei die beiden radialen Gleitlager parallel geschaltet sind. Mit anderen Worten,
erfolgt die Versorgung des zweiten Gleitlagers vom Innendruck (Taschendruck) des
ersten hydrostatischen Gleitlagers.- Dadurch erfolgt automatisch der Ausgleich des
Kippmomentes an der Triebscheibe entsprechend der Größe der unsymmetrischen radialen
Belastung.
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Weitere zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 schematisch
im Schnitt und im Ausschnitt den Triebscheibenbereich einer Axialkolbenmaschine;
und Fig. 2 im Schnitt einen Ausschnitt des Lagerbereiches einer Triebscheibe.
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In Fig. 1 sind das Gehäuse 1, die Zylindertrommel 2, die Kolben 3
mit Kolbenstange 4, die Triebscheibe 5, die Triebwelle 6 einer Axialkolbenmaschine
ersichtlich. Die Zylindertrommel 2 ist über einen Mittelzapfen 7, der ebenfalls
in der Triebscheibe 5 gelagert ist, geführt. Die Triebscheibe 5 ist axial durch
ein hydrostatisches Axiallager 8 abgesützt, dessen Lagertasche mit 9 bezeichnet
ist und über einen Kanal 10 im Gehäuse 1 mit zwischengeschalteter Drossel 11 mit
der Hochdruckseite HD der Maschine verbunden ist. Das von der Hochdruckseite HD
mit Druckflüssigkeit versorgte hydrostatische Axiallager 9 ist der axialen Kraft
A aus dem Zerlegungspunkt der resultierenden Kolbenkraft KR entgegengesetzt. Seine
Auftriebsfläche (resoltierende Lagertaschenfläche) ist so bemessen, dass die Breite
der die Lagertasche 9 begrenzenden Schmierspalte 12, gesteuert durch die Druckflüssigkeitszufuhr
über die Drossel 11, auch beim ungünstigsten Lastfall der Maschine (Nulllage) noch
einen, wenn auch minimalen Wert einnimmt, so daß bei allen Betriebszuständen eine
metallische Berührung an den Lagerstellen sicher vermieden ist.
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Als radiale AbstUzung der Triebscheibe 5 sind bei der gezeigten Ausführungsform
zwei diametral gegenüberliegende hydrostatische Gleitlager 13 und 14 vorgesehen.
Das erste radiale Gleitlager 13 dient zur Aufnahme der in Radialrichtung wirkenden
resultierenden Kolbenkräfte und besteht aus einer durch Stege 15 im Gehäuse 1 abgegrenzten
Lagertasche 16, welche dber einen Kanal 17 und eine Drosselstelle 18 mit dem Kanal
10 und damit mit der Hochdruckseite HD der Maschine verbunden ist. Das zweite radiale
Gleitlager 14 besteht aus einem in einer Zylinderbohrung 19 im Gehäuse 1 geführten
Druckkolben 20, der
eine Drucktasche 21 enthält und damit als radial
beweglicher Gleitschuh wirkt. Der Zylinderraum 19 ist mit dem Kanal 17 verbunden,
so daß die Lagertasche 16 des ersten Gleitlagers 13 und der im Druckraum des Kolbens
20 in jedem Betriebszustand mit Druckflüssigkeit gleichen Druckes beaufschlagt sind.
Der Kolben 20 enthält eine Drosselstelle 22 und einen Kanal 23, der die Drucktasche
21 mit dem Druckraum des Kolbens 20 verbindet, so dass die Lagertasche 21 mit Schmierflüssigkeit
versorgt wird Die Kraft R', die vom ersten radialen Gleitlager 13 auf die Triebscheibe
5 ausgeübt wird, kann aus baulichen Gründen nur im Abstand a der radialen Kraft
R aus dem Zerlegungspunkt der resultierenden Kolbenkraft KR entgegenwirken. Die
Auftriebsfläche des Gleitlagers 13 bzw.
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seine Lagertasche 16 ist so bemessen, dass die Breite der Schmierspalte
24, gesteuert durch die Beaufschlagung mit Druckflüssigkeit über die Drossel 18,
auch beim ungünstigsten Lastfall (maximaler Schwenkwinkel der Zylindertrommel 2)
einen noch minimalen Wert haben, so dass eine metallische Berührung an den Lagerstellen
vermieden ist.
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Das zweite dem erstgenannten hydrostatischen Gleitlager 13 diametral
gegenüberliegende Gleitlager 14 liegt in einem Abstand a + b vom Zerlegungspunkt
der resultierenden so Kraft YR un4 ist aLs radial 5 ezliches hydrostatisches Lager
ausgebildet und wird vom Innendruck (Taschendruck) des ersten Gleitlagers 13 aus
mit Druckflüssigkeit über dem Kanal 17 versorgt. Durch diese Anordnung wird erreicht,
dass ein automatischer Ausgleich des sonst vorhandenen Kippmomentes an der Triebscheibe
erfolgt.
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Um das radiale, hydrostatische Lagersystem verkantungsfrei zu halten,
ist folgende Bedingung zu erfüllen: R' a = s (a + b) d.h.,da die wirksamen Flächen
FR und FS den gleichen Druck haben, muß das Flächen verhältnis FR' (a + b) sein.
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FS = a Besitzt die Kraft R' aus der Fläche FR' für jeden Betriebszustand
genügend Auftrieb, richtet sich ihre Größe automatisch nach der radialen Kraft R.
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Die hydrostatischen Gleitlager 13 und 14 können gemäß Fig. 2 in einer
Lagerbuchse 25 innerhalb des Gehäuses 1 angeordnet sein, die durch ihre hydrodynamische
Wirkung der verkantungsfreien Lauf der gesamten Lageranordnung zusätzlich unterstützt.
Die Verbindungskanäle 26,27 für die gemeinsame Druckflüssigkeitszufuhr der Gleitlager
13,14 können dabei innerhalb der Buchse 25 ausgebildet sein. Im übrigen sind in
Fig. 2 funktionell gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in
Fig. 1 und werden nicht nochmals erläutert.
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Die beispielsweise gezeigte Lageranordnung ist auf eine einseitige
Druck- und Schwenkrichtung der Zylindertr..- 2 zu ausgelegt. Das axiale und radiale
hydrostatische Lagersystem lässt sich durch eine Verdopplung der hydrostatischen
Elemente in Verbindung mit einer richtigen Druckzuordnung auf beidseitige Druck-
und Schwenkrichtung der Axialkolbenmaschine ausweiten. Weiter ist es denkbar, die
axiale Kraft an der Triebscheibe durch einzelne, unmittelbar den Kolben zugeordnete
hydrostatische Axiallager aufzunehmen.
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