DE3210146A1

DE3210146A1 - Gleitschuh-schraegscheiben-einheit

Info

Publication number: DE3210146A1
Application number: DE19823210146
Authority: DE
Inventors: Kenneth I. 61107 Rockford Ill. Brenner; Joseph F. 61103 Rockford Ill. Wollschlager
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1982-03-19
Publication date: 1982-11-18
Also published as: IL65196A0; CA1183404A; GB2098282B; FR2502255A1; US4478130A; JPS57165601A; FR2502255B1; SE455805B; IT8248012A0; IL65196A; IT1148520B; GB2098282A; SE8201453L

Description

Sundstrand Corporation
Rockford, Illinois 6II0I, V.St.A.

Gleitschuh-Schrägscheiben-Einheit

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleitschuh-Schrägscheiben-Einheit zur Steuerung der Kavitations-Erosion und der Verminderung von Stoßbelastungen in einer Hydraulikkolbeneinrichtung.

In Hydraulikkolbeneinrichtungen gleiten Kolben in Bohrungen eines rotierenden Zylinderblocks und wirken gegen eine Schrägscheibe. Dabei wird mechanische Energie in Druckenergie umgesetzt, oder es kann umgekehrt Druckenergie in mechanische Energie umgesetzt werden, indem die Arbeitsweise umgekehrt wird. D. h., eine Hydraulikkolbeneinrichtung der genannten Art kann entweder als Pumpe oder als Motor arbeiten. Dazu ist es erforderlich, Fluiddruck von einem Pegel auf einen anderen zu überführen. Wenn die Hydraulikeinrichtung als Pumpe arbeitet, wird der Fluiddruck von einem niedrigen auf einen höheren Pegel erhöht, wogegen beim Arbeiten der Hydraulikeinrichtung als Motor der Fluiddruck

auf einem hohen Pegel zugeführt und mit einem niedrigeren Pegel abgeführt wird. Bei diesen beiden Energieübertragungen ist es erforderlich, daß eine Druckpegel-Änderung oder ein Druckpegel-Übergang bei einer Rotation von jeweils 180° oder zweimal je Umdrehung stattfindet. Bei diesen Druckpegel-Änderungen oder -Übergängen treten Probleme hinsichtlich der Grenzfläche zwischen Schrägscheibe und Gleitschuh auf. Ein typisches Problem besteht in einer Stoßbelastung der Schrägscheibenoberfläche durch den Gleitschuh, was sich in einem Abrieb der Schrägscheibe durch den Gleitschuh bemerkbar macht. Ein weiteres Problem besteht in der Erosion, die typischerweise der Kavitation zugeordnet ist. Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich eine einfache und wirksame Lösung dieser Probleme.

Bisher wird das Problem der Kavitations-Erosionskontrolle in einer Anzahl Patentschriften behandelt, die Schrägscheiben, Hydropumpen und Hydromotoren zeigen. Dabei wird in einigen dieser Patentschriften das Kavitations-Erosionsproblem erwähnt, das zwischen den Hauptschlitzen einer Ventilplatte und Bohrungen in der Endfläche eines drehbar angeordneten Zylinderblocks, der in Gleitkontakt mit der die Schlitze aufweisenden Ventilplatte steht, existiert. Die Hauptschlitze der Ventilplatte sind im allgemeinen nierenförmig und werden entweder mit hohem oder mit niedrigem Druck beaufschlagt. Die Bewegung des Kolben enthaltenden Zylinderblocks beaufschlagt die Bohrungen im Zylinderblock abwechselnd aufeinanderfolgend entweder mit hohem oder mit niedrigem Druck.

Die US-PS 3 369 458, die auf eine Hydraulikeinrichtung gerichtet ist, erkennt, daß zwischen Bohrungen 29 (Pig. 1) eines umlaufenden Zylinderblocks 25 und ortsfesten Hochdruck- und Niederdruck-Schlitzen 33, 34 in einer Ventilplat-

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te ein Problem der plötzlichen Druckänderung auftritt. Ein durch die plötzlichen Druckänderungen auftretendes Erosionsproblem wird dadurch gemindert, daß in der ortsfesten Ventilplatte 24 eine Hilfsbohrung 54 (Fig. 4) vorgesehen ist. Die Hilfsbohrung 54 steht mit Drosselkanälen 50 und 55 durch ein Kugelabsperrventil 58 (Fig. 2 und Fig. 4) in einer Brücke 52 zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruck-Schlitz in Verbindung. Die Hydraulikeinrichtung weist einen Gleitschuh 41 auf, sieht jedoch keine Mittel zur Kontrolle der zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe auftretenden Erosion vor.

Die US-PS 3 585 901 ist auf eine Hydropumpe gerichtet und sieht eine Geräuschverminderung an einer Grenzfläche zwischen einer Ventilplatte 52 und einer Schlitzplatte 51 des Zylinderblocks 14 (Fig. 1) vor. Das Auftreten von Geräuschen wird häufig mit Erosions- und Kavitations-Verschleißproblemen in Verbindung gebracht. Dabei wird die Geräuschminderung durch das Vorsehen von "Fischschwänzen" 76, 86 nahe an der Vorderkante der Hoch- und Niederdruckschlitze in der Ventilplatte erzielt. Die Fischschwänze bilden Bohrungen, die len Kompressionsmodul-Strömungsdurchsatz steuern. Dies resultiert in einer Verminderung von Wellenfronten und einer Reduzierung von Geräuschen und damit einhergehender Abnutzung. Dabei ist ferner ein Gleitschuh 34 vorgesehen, der einen ihn durchsetzenden Kanal aufweist, der der Schmierung der Grenzfläche 32 zwischen dem Gleitschuh und der Schrägscheiben-Anlagefläche dient. Bei dieser US-PS wird das Erosionsproblem an der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe nicht erkannt und demzufolge auch keine Lösung desselben angegeben.

Die US-PS 4 o96 786 ist auf eine umlaufende Druckenergie-Umsetzungsvorrichtung gerichtet und insofern mit den vorge-

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nannten US-PS'en verwandt, als sie hauptsächlich mit der Geräuschpegelminderung befaßt ist und den Geräuschpegel der Vorrichtung während des Betriebs durch eine Druckregeleinheit in der Vorrichtung während des Übergangs zwischen Hochdruck- und Niederdruck-Bohrungen der Vorrichtungen zu vermindern trachtet, und zwar insbesondere durch Anwendung eingeschlossener Fluidvolumina zur Erzielung von Zwischendruckpegeln während des Übergangs und durch Ändern der eingeschlossenen Volumina bei geregelter Druckänderungsrate in Abhängigkeit von dem Fluidvolumen in der Vorrichtung, das Druckänderungen unterworfen ist. Diese US-PS erwähnt weder das Gleitschuh-Erosionsproblem, noch sieht sie irgendwelche Mittel vor, die dieses lösen könnten.

Die US-PS 1 714 145, die auf einen kurbellosen Motor gerichtet ist, lehrt die Verwendung von Radialnuten 20 in einem Gleitring 15, so daß ein Schmiermittelweg zur Verminderung der Reibung zwischen einem Gleitring 15 und einer Schrägscheibe 11 (Fig. 2) vorgesehen ist. Dabei ist kein Schmiermittelweg durch die Kolben 46 vorgesehen, wie noch in Verbindung mit der Erfindung erläutert wird.

Die US-PS 3 996 806 bezieht sich auf ein Hydrogetriebe mit oszillierendem Ausgang, wobei in Fig. 1 ein Schwinghebel 30 gezeigt ist, der eine Mehrzahl Kolben 40 trägt. Jeder Kolben weist einen Gleitschuh 54 auf, der über die Oberfläche einer Nockenscheibe 14 gleitet. Die Nockenscheibe weist mehrere Kanäle 56 auf, die mit einem Ausgleichsorgan 32 auf einer Seite der Nockenscheibe 14 sowie der Gleitschuhseite in Verbindung stehen. Die Kugel 44 und die Feder 46 wirken als Rückschlagventil und nehmen an der Schmiermittelförderung zum Ausgleichsorgan 32.teil. Der Druck auf beiden Seiten der Nockenscheibe 14, d. h. an der Grenzfläche zwischen Nockenscheibe und Gleitschuh sowie zwischen dem Ausgleichsorgan

und der Rückseite der Nockenscheibe, "gleicht die Belastung an der Vorder- und der Rückseite der Nockenscheibe aus" ("equalize the load on the front and back of the cam plate" (vgl. Sp. 2, Z. 3-5). Bei dieser US-PS ist keine Entlastung eines Gleitschuhs zur Verminderung des Kavitations- und Erosions-Verschleißes gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Gleitschuh-Schrägscheiben-Einheit zur Kavitations-Erosionskontrolle und zur Verminderung von Stoßbelastungen, die in Hydraulikkolbeneinrichtungen einsetzbar ist, wobei eine Entlastung der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe vorgesehen ist, was eine Energieverteilung ermöglicht und die Auswirkungen von Kavitations-Erosion und Stoßbelastungen an der Grenzfläche vermindert.

Die Gleitschuh-Schrägscheiben-Einheit nach der Erfindung zur Kavitations-Erosionssteuerung und Stoßverminderung für eine Hydraulikkolbeneinrichtung, die aufweist: einen umlaufenden Zylinderblock mit wenigstens einer in Axialrichtung verlaufenden Bohrung, in der ein Kolben hin- und herbewegbar angeordnet ist, eine ortsfeste Ventilplatte sowie zwei Fluidquellen unterschiedlichen Drucks, wobei die Ventilplatte mit dem umlaufenden Zylinderblock zusammenwirkt und abwechselnd während zwei diskreter und verschiedener Teile der Zylinderblockrotation zuerst das eine Druckfluid und dann das andere Druckfluid zu der Bohrung und dem Kolben fördert, wobei der Kolben an einem Ende mit einem Gleitschuh gekoppelt ist, der für eine Grenzflächen-Gleitbewegung über eine Oberfläche einer Schrägscheibe angeordnet ist, die in bezug auf die Ventilplatte drehfest ist, und wobei der Kolben einen Innenkanal vom einen Kolbenende zum anderen Kolbenende enthält, so daß Fluid mit abwechselndem Druck zu

einer und durch eine Öffnung im Gleitschuh zu der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe förderbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe mindestens eine Entlastungsbohrung aufweist und daß sich das eine Ende der Entlastungsbohrung zu der Schräögscheibenoberfläche und der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe und das andere Ende der Entlastungsbohrung zu einer Umgebung öffnet, deren Umgebungsdruck niedriger als jeder der Drücke der Fluidquellen ist, wodurch eine Energieverteilung ermöglicht wird und die Auswirkungen der Kavitations-Erosion und Stoßbelastungen an der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe vermindert werden.

Die Erfindung sieht ferner eine Gleitschuh-Schrägscheiben-Kombination zum Einsatz in einer Hydraulikkolbeneinrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schrägscheibe eine Fläche aufweist, an die der Gleitschuh unter Bildung einer Grenzfläche angrenzt, wobei der Gleitschuh über die Schrägscheibenfläche bewegbar ist, daß ein Hochdruck- und ein Niederdruckfluid abwechselnd aufeinanderfolgend zu und durch Öffnungen in dem Gleitschuh und zu der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe förderbar sind, und daß die Schrägscheibe mindestens eine Entlastungsbohrung aufweist, deren eines Ende sich in die Schrägscheibenfläche und die Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe und deren anderes Ende sich in eine Umgebung öffnet, deren Umgebungsdruck niedriger als die Drücke jeder Druckfluidversorgung ist, wodurch eine Energieverteilung ermöglicht wird und die Auswirkungen der Kavitations-Erosion und von Stoßbelastungen auf die Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe verringerbar sind.

In bevorzugter Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die größere Entlastungsbohrung der niedrigeren Druck aufwei-

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senden Druckfluidversorgung zugeordnet ist und daß die Schrägscheibe Hochdruck- und Niederdruck-Grenzflächenzonen infolge der abwechselnden Zufuhr von Hochdruck- und Niederdruckfluid aufweist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Einheit nach der Erfindung ist vorgesehen, daß die Öffnung der der Hochdruck-Grenzflächenzone zugeordneten Entlastungsbohrung immer näher an dem Eintrittsende der Grenzflächenzone liegt als die Öffnung der der Niederdruck-Grenzflächenzone zugeordneten Entlastungsbohrung.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilquerschnittsansicht durch eine Hydraulikeinrichtung, in der die Erfindung angewandt ist;

Fig. 2 eine Ansicht eines Ventilorgans der Hydraulikeinrichtung nach Fig. 1 längs der Schnittlinie 2-2;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Kolben-Gleitschuh-Einheit, die in der Hydraulikeinrichtung nach Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 4 eine Schnittansicht 4-4 der Schrägscheibe gemäß der Erfindung der Hydraulikeinrichtung nach Fig.

1;
Fig. 4A eine Querschnittsansicht 4A-4A von Fig. 4;

und
Fig. 5 eine Ansicht einer bekannten Schrägscheibe, bei der durch Stoßbelastungen bedingter Verschleiß sowie Abrieb durch Kavitations-Erosion auftritt.

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Fig. 1 zeigt einen Hydroantrieb 10, der sich besonders zum Einsatz in einem Konstantdrehzahl-Antrieb für Luftfahrzeuge eignet (vgl. z. B. die US-Patentanmeldung Nr. 932 808).

Der Hydroantrieb 10 umfaßt im wesentlichen eine Verstellhydroeinheit 11 und eine Konstanthydroeinheit 12, die in Strichpunktlinien angedeutet ist. Jede Hydroeinheit 11 oder 12 kann entweder als Pumpe oder als Motor in Abhängigkeit von Steuerzuständen mit dem zugehörigen Konstantdrehzahl-Antrieb arbeiten. Die Zahnräder 13 und 14 arbeiten entweder als Antriebs- oder als Abtriebszahnräder in Abhängigkeit von der Verstellung der Hydroeinheit 11 und der Drehmomentübertragung in einem mechanischen Differential (nicht gezeigt), das üblicherweise in Konstantdrehzahl-Antrieben vorgesehen ist.

Die Zahnräder 13 und 14 sind mit Wellen 22 und 23 einstückig ausgeführt. Die Welle 22 ist in Lagern 16 und 18 gelagert. Die Welle 23 ist in der gezeigten Weise in Lagern 17 und 19 gelagert. Diese vorgenannten Lager haltern die Hydroeinheiten 11 und 12 im Gehäuse 21. Wie erwähnt, übertragen die Zahnräder 13 und 14 und die Antriebswellen 22 und 23 Drehmoment zu und von den jeweiligen Hydroeinheiten 11 und 12. Die Antriebswellen 22 und 23 sind an ihren aneinandergrenzenden Enden in Wälzlagern 18 und 19 gelagert, die in einem gemeinsamen Ventilorgan 24 sitzen. Das Ventilorgan 24 hat im wesentlichen gekrümmte oder nierenförmige Eintritts- und Austrittskanäle oder -öffnungen 25 und 26 (vgl. Fig. 2). Der in Fig. 1 gezeigte Abschnitt zeigt nur den gekrümmten Kanal 26, der über eine Leitung 27 an eine Niederdruck-Fluidquelle 28 angeschlossen ist. Das Ventilorgan 24 mit seinen gekrümmten öffnungen 25, 26 ermöglicht die Fluidförderung in einem geschlossenen Kreislauf zwischen den Hydroeinheiten 11 und 12.

Die Hydroeinheit 11 umfaßt einen Rotationszylinderblock 31 mit mehreren in Axialrichtung angeordneten Zylinderbohrungen 32, die kreisringförmig um die Achse 33 der Wellen 22, 23 angeordnet sind. In Axialrichtung angeordnete Zylinder 32 stehen mit den Kanälen 25, 26 im Ventilorgän 24 durch einen Kanal 34 am Vorderende der Zylinderbohrungen in Fluidverbindung. Am anderen Ende des Zylinderblocks 31 ist ein zentraler axialer ringförmiger Vorsprung 36 ausgebildet, der sich nach rückwärts erstreckt und eine Keilnuten aufweisende Bohrung 37 aufweist, die mit Keilen 38 auf der Antriebswelle 22 verbindbar sind, so daß der Zylinderblock 31 mit der Antriebswelle 22 umläuft und eine Drehmomentübertragung zwischen beiden erfolgen kann.

Kolben 39, 41 sind hin- und hergehend in jeder Zylinderbohrung 32, 35 angeordnet. Der Kolben 39 hat ein kugelig vorspringendes Ende 43, und der Kolben 41 hat ein kugelig vorspringendes Ende 42. Das vorspringende Ende 42 trägt einen Gleitschuh 44, und das vorspringende Ende 43 trägt einen Gleitschuh 46. Jeder Gleitschuh 44, 46 weist eine kugelige Aufnahme 47 auf, wie dies in bezug auf den Kolben 41 in Fig. 3 gezeigt ist. Die kugelige Aufnahme 47 erlaubt in Verbindung mit dem kugeligen Vorsprung 42 eine Drehbewegung zwischen beiden. Jeder Gleitschuh 44, 46 hat eine Gleitfläche 45 bzw. 48. Diese Gleitschuh-Gleitflächen 45, liegen gleitend an einer Schräg- bzw. Nockenscheibenfläche 61 einer Schräg- oder Nockenscheibe 60 an.

Die Schrägscheibe 60, die die Hin- und Herbewegung der Kolben 39, 41 erzeugt, ist in Drehzapfen (nicht gezeigt) schwenkbar gelagert.

Fig. 3 zeigt den Kolben 41 im Detail. Der Kolben 41 besteht im wesentlichen aus einem einstückigen langen Hauptteil 50,

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der von einem zylindrischen Mantel 51 umgeben ist. Der einstückige Hauptteil 50 ist im wesentichen zylindrisch und weist an einem Ende eine ebene radiale Fläche 53 auf, die einen Hauptteil der Arbeitsfläche des Kolbens 41 bildet. Wie bereits erwähnt, ist im anderen Ende des einstückigen Hauptteils 50 der kugelige Vorsprung 42 ausgebildet. Ein großer Teil der Kraft des Fluids in den Zylinderbohrungen 32, 35 wird durch den einstückigen Hauptteil 50 zu der Schrägscheibe 60 übertragen (vgl. Fig. 1).

Ein Fluidkanal 54 durchsetzt den im wesentlichen zylindrischen Hauptteil 50 mittig und öffnet sich am einen Ende zu der radialen Fläche 53 und am anderen Ende zu der Kugelfläche des vorspringenden Endes 42 (vgl. Fig. 3).

Die Kolben-Gleitschuh-Einheit 41, 44 von Fig. 3 zeigt am rechten Ende das Vorhandensein von Fluiddruck P , P (vgl. die zu der radialen Fläche 53 gerichteten Pfeile). Am linken Ende der Einheit 41, 44 liegt Fluiddruck P₁ ¹, P-¹ an (vgl. die zu der Gleitschuh-Gleitfläche 45 gerichteten Pfeile). Die Drücke P₁' und P₂ ¹ am Ende des Gleitschuhs 44 sind gering niedriger als die Drücke P₁ und P₂ infolge des Druckabfalls durch den Innenkanal 54 und die Bohrung. Während der Zylinderblock 31 nach Fig. 1 um seine Achse rotiert, ändert sich der Druck in den axial verlaufenden Zylinderbohrungen 32 und 35 von P nach P₂ und wieder zurück zu P₁ während jeder Umdrehung des Zylinderblocks. Diese Druckänderung während der Bewegung der Kolbenöffnung über die Flächenbereiche 70, 71 der Schrägscheibenoberfläche 61 ist am besten aus Fig. 4 ersichtlich.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 4 ist ersichtlich, daß während der Rotation des Zylinderblocks relativ zu der Schrägscheibe 60 Fluid in die Zylinder

eintritt, die den Kolben zugeordnet sind, die sich auf der Schrägscheibenoberfläche 61 von einer der Bohrungen in dem Ventilorgan 24 abwärtsbewegen, und daß Fluid aus den Zylindern austritt, die den Kolben zugeordnet sind, die sich über die Schrägscheibenoberfläche 61 aufwärts zu der anderen Bohrung im Ventilorgan 24 bewegen. Das in die Zylinder eintretende oder aus ihnen austretende Fluid kann entweder Hoch- oder Niederdrücktluid sein. Eine schraubenförmige Kompressionsfeder 63 beaufschlagt den Zylinderblock 31 federnd in Anlage mit dem Ventilorgan 24, so daß zwischen beiden eine wirksame Gleitdichtung unterhalten wird. Die Feder 63 umgibt die Antriebswelle 22 und ist in einer mittigen Ausnehmung 64 in dem Zylinderblock 31 aufgenommen. Ein Ende der Feder 63 liegt an einem Federsitzring 65 an, der seinerseits gegen eine Axialverschiebung durch eine Schulter gehalten ist, die durch die Innenenden von Keilen 38 auf der Antriebswelle 22 gebildet ist. Das andere Ende der Feder 63 liegt an einem kreisringförmigen Federsitz 66 an, der in bezug auf den Zylinderblock 31 in Axialrichtung festgelegt ist durch einen geeigneten Sicherungsring 67 in einer.Nut in der mittigen Ausnehmung 64. Auf diese Weise beaufschlagt die Feder 63 den Zylinderblock 31 in federnde Anlage an dem Ventilorgan 24.

Fig. 4 zeigt die Schrägscheiben-Oberfläche 61, auf der in Strichlinien gekrümmte nierenförmige Grenzflächenbereiche 72, 73 gezeigt sind, die diskrete und unterschiedliche Abschnitte bilden, die dem hohen oder niedrigen Druck des nierenförmigen gekrümmten Hochdruck-Schlitzes 25 und des nierenförmigen gekrümmten Niederdruckschlitzes 26 von Fig. entsprechen.

Der Umriß 74 eines Gleitschuhs ist ebenfalls strichpunktiert gezeigt; dieser bewegt sich von einer Niederdruck(LP)-P₁-

Grenzflächenzone 73 in den Plächenbereich 70 angrenzend an die Hochdruck(HP)-P₂-Grenzflächenzone 72.

Die Druckänderung während der Bewegung eines Gleitschuhs von einer Zone 73 in eine andere Zone 72 erfolgt relativ plötzlich, d. h. innerhalb von Mikrosekunden, und hat Erosion und/oder eine Stoßbelastung zur Folge. Um die nachteiligen Auswirkungen sowohl der Erosion als auch der Stoßbelastung zu verhindern, sind in der Schrägscheibenfläche, in der die Druckübergänge auftreten, eine Energieverteilung bewirkende Richtbohrungen ausgebildet. Die Lage und Größe der Bohrungen 76, 77 entspricht Fig. 4, und diese Bohrungen sind für eine Einheit bestimmt, die entweder als Pumpe oder als Motor arbeitet. Es ist zu beachten, daß bei der praktischen Anwendung die dem niedrigeren Fluiddruck P.' zugeordnete Entlastungsbohrung 77 größer als die dem höheren Fluiddruck P_' zuugeordnete Entlastungsbohrung 76 ist. Ferner ist es bei der praktischen Anwendung von Bedeutung, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse die der Grenzflächenzone 72 hohen Drucks P ' zugeordnete Bohrung 76 immer näher am Eintrittsende der Hochdruck-Grenzflächenzone liegt als die Entlastungsbohrung 77, die der Grenzflächenzone 73 niedrigen Drucks P ' zugeordnet ist.

Die Schnittansicht von Fig. 4A zeigt, wie die Entlastungsbohrung 76 an einen Kanal 78 angeschlossen ist, der sich bei 79 zu einem Umgebungsdruck P- öffnet, der niedriger als P₁, P₂ oder auch P.¹, P₂ ¹ ist. Der Umgebungsdruck P- ist der Innendruck der Umgebung, in der die Hydroeinheit montiert ist.

Die Verwendung jeder der Entlastungsbohrungen 76, 77 ist für die Lösung des angesprochenen Problems verschieden. Wenn im Betrieb der Zylinderblock von Fig. 1 im Uhrzeiger-

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sinn umläuft (vgl. den Gleitschuhumriß 74 von Fig. 4), bewegen sich die im Zylinderblock vorhandenen Kolben 39, 41 nacheinander aus ihrer Verbindung mit dem Niederdruck-Ventilschlitz 26 (LP-P₁) im Ventilorgan 24 in Verbindung mit dem Hochdruck-Ventilschlitz 25 (HP-P-). Wenn die Verbindung mit dem HP-P»-Ventilschlitz 25 hergestellt wird, sind der Kolben und die Zylinderbohrung gegenüber dem LP-P--Ventilschlitz 26 abgedichtet. Dies erzeugt einen scharfen Druckanstieg an der ebenen radialen Fläche 53 des Kolbens sowie in dem Verbindungskanal 54.in der Mitte des Kolbens und an der Gleitschuhfläche 45, so daß eine Stoßbelastung an dem Gleitschuh 44 und der Schrägscheibenfläche 61 auftritt. Eine weitere zu beachtende Auswirkung ist das Zusammenfallen oder die Implosion kleinster Leerräume in dem Fluid, die aufgrund mitgeführter Gase existieren. Diese Implosion erzeugt eine Erosion der Flächen, die das Fluidvolumen zwischen der Gleitschuhfläche 45 und der Schrägscheibenfläche 61 enthalten. Die Auswirkung von Stoß und Erosion ist am besten aus der Abrieb- oder Verschleißmarkierung 79 bei der bekannten Schrägscheibe entsprechend Fig. 5 zu sehen. Durch die Hochdruck-Entlastungsbohrung 76 und den Kanal 78 kann dieses Fluidvolumen mit einem Fluidvolumen in Verbindung treten, das den niedrigeren Druck P_ hat (vgl. Fig. 4A). Diese Ableitung bewirkt eine ausreichende Energieverteilung, so daß die schädlichen Auswirkungen des Verschleißes durch Erosion verhindert und der Stoßeffekt gedämpft werden.

Die Niederdruck-Entlastungsbohrung 77 liegt in der Nähe von 180 des Bogens von der Hochdruck-Entlastungsbohrung 76. Die Größe jeder Bohrung wurde bereits erwähnt. Während sich der Gleitschuh von der Hochdruck-Grenzflächenzone 72 weg und über den Flächenbereich 71 bewegt und in die Niederdruck-Grenzflächenzone 73 eintritt, findet ein weiterer Druckübergang statt. Die Kolben 39, 41 im Zylinderblock bewegen sich

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aufeinanderfolgend aus ihrer Verbindung mit dem nierenförmigen Hochdruck-Ventilschlitz 25 im Ventilorgan 24 in Verbindung mit dem nierenförmigen Niederdruck-Ventilschlitz 26. Wenn die Verbindung mit dem Niederdruck-Ventilschlitz hergestellt wird, sind der Kolben und die Zylinderbohrung gegenüber dem Hochdruck-Ventilschlitz 25 abgedichtet, und es erfolgt ein scharfer Druckabfall an der ebenen radialen Flächen 53 des Kolbens 41, in dem Verbindungskanal 54 in der Mitte des Kolbens 41 und an der Gleitschuhfläche 45. Eine Stoßbelastung und Kavitations-Erosion folgen diesem Druckübergang in Form dynamischer Instabilitäten.

An diesem Punkt unterscheidet sich der Geschehensablauf von demjenigen an der Entlastungsbohrung 76. Normalerweise treten bei einem Übergang auf einen niedrigeren Druck weder eine Stoßbelastung noch Kavitationserosion auf. Das Problem stellt sich ein, weil die Kolben-Gleitschuh-Einheit 41, 44 und das Fluid als Feder-Masse-System wirken. Wenn der Enddruck sich schnell ändert, wie das hier der Fall ist, gleicht das Ergebnis der Freigabe eines vorbelasteten Feder-Masse-Systems; die Trägheit bewirkt, daß sich die Feder über ihre freie Zustandsdimension hinaus bewegt. Wenn das Feder-Masse-System vor der Freigabe sich im Kompressionszustand befindet, geht sie aufgrund der Trägheit bei der Freigabe momentan über die freie Zustandslänge hinaus in einen Spannungszustand. Es können eine oder mehrere Schwingungen auftreten, bevor das System in den Ruhezustand gelangt. In einer Hydraulikumgebung resultiert diese übermäßige Längung in einem momentanen Niederdruck oder möglicherweise in einem Teilvakuum, das niedriger als der Druck P. ist. Die Folge dieses Vorgangs ist die Bildung von Blasen und das anschließende Zusammenfallen der Kavitationsblasen. Wenn der Fluiddruck unter der Gleitschuh-Gleitfläche auf P.,¹ zurückkehrt, geschieht dies sehr schnell unter gleichzeitiger Kavitations-Erosion.

Fig. 5 zeigt den durch Erosion und Stoßbelastung bedingten Verschleiß, der infolge dieser Bewegung auftritt. Die Serie von Abrieb- oder Verschleißmarkierungen 80, 81, 82 zeigt, daß das System mehrfach schwingt, bevor ein Ruhezustand eintritt. Jede Schwingung erzeugt einen Stoß des Gleitschuhs auf die Schrägscheibenfläche 61.

Das Vorsehen der Entlastungsbohrung 77 beseitigt die Bildung eines extremem Niederdruckbereichs, so daß eine Kavitations-Erosion verhindert wird, und hat ferner eine Dämpfungswirkung, wodurch die vorgenannten Schwingungen und die damit verbundenen Verschleißprobleme vermieden werden.

Leerseite

Claims

Ansprüche

.j Gleitschuh-Schrägscheiben-Einheit zur Kavitations-Erosionssteuerung und Stoßverminderung für eine Hydraulikkolbeneinrichtung, die aufweist:

einen umlaufenden Zylinderblock mit wenigstens einer in Axialrichtung verlaufenden Bohrung, in der ein Kolben hin- und herbewegbar angeordnet ist,

- eine ortsfeste Ventilplatte sowie zwei Fluidquellen unterschiedlichen Drucks, wobei die Ventilplatte mit dem umlaufenden Zylinderblock zusammenwirkt und abwechselnd während zwei diskreter und verschiedener Teile der Zylinderblockrotation zuerst das eine Druckfluid und dann das andere Druckfluid zu der Bohrung und dem Kolben fördert,

wobei der Kolben an einem Ende mit einem Gleitschuh gekoppelt ist, der für eine Grenzflächen-Gleitbewegung über eine Oberfläche einer Schrägscheibe angeordnet ist, die in bezug auf die Ventilplatte drehfest ist, und

- wobei der Kolben einen Innenkanal vom einen Kolbenende zum anderen Kolbenende enthält, so daß Fluid mit abwechselndem Druck zu einer und durch eine Öffnung im Gleitschuh zu der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe förderbar ist.

572-B01348-Schö

dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schrägscheibe (60) mindestens eine Entlastungsbohrung (76 oder 77) aufweist und

- daß sich das eine Ende der Entlastungsbohrung (76 oder 77) zu der Schrägscheibenoberfläche (61) und der Grenzfläche zwischen Gleitschuh (44) und Schrägscheibe (60) und das andere Ende der Entlastungsbohrung zu einer Umgebung (79) öffnet, deren Umgebungsdruck (P ) niedriger als jeder der Drücke (P₁ ¹, P₂") der Fluidquellen ist, wodurch eine Energieverteilung ermöglicht wird und die Auswirkungen der Kavitations-Erosion und Stoßbelastungen an der Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe vermindert werden.
2. Einheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schrägscheibe ein Paar Entlastungsbohrungen (76, 77) aufweist, deren jede sich am einen Ende zu der Schrägscheibenfläche (61) und am anderen Ende zu der Umgebung (79) mit niedrigerem Druck öffnet.
3. Einheit nach Anspruch 2,

- wobei die Ventilplatte der Hydraulikeinrichtung zwei gekrümmte nierenförmige axiale Öffnungen aufweist, die jeweils mit einer Hoch- und einer Niederdruck-Fluidversorgung verbunden sind und die die diskreten und unterschiedlichen Teile in bezug auf den umlaufenden Zylinderblock definieren, und

wobei die Schrägscheibe entsprechende Hochdruck- und Niederdruck-Grenzflächenzonen aufweist, an denen der Gleitschuh auf der Schrägscheibe gleitet, wobei die Hoch- und die Niederdruck-Grenzflächenzone jeweils ein Eintrittsende aufweisen, das an der Stelle vorgesehen ist, an der der Gleitschuh entweder in die entsprechende Hochdruck- oder Niederdruck-Grenzflächenzone eintritt,

dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der Entlastungsbohrungen (76, 77) nahe dem Eintrittsende jeder der Grenzflächenzonen (72, 73) positioniert sind.
4. Einheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungsbohrunjen (76,.77) unterschiedliche Größe haben.
5. Einheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Entlastungsbohrung (77) der Fluiddruckversorgung mit niedrigerem Druck (P₁ ¹) zugeordnet ist.
6. Einheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung der der Hochdruck-Grenzflächenzone (72) zugeordneten Entlastungsbohrung immer näher an dem Eintrittsende der Grenzflächenzone liegt als die Öffnung der der Niederdruck-Grenzflächenzone (73) zugeordneten Entlastungsbohrung.
7. Gleitschuh-Schrägscheiben-Kombination zum Einsatz in einer Hydraulikkolbeneinrichtung, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Schrägscheibe (60) eine Fläche (61) aufweist, an die der Gleitschuh (44) unter Bildung einer Grenzfläche angrenzt, wobei der Gleitschuh (44) über die Schrägscheibenfläche (61) bewegbar ist,

- daß ein Hochdruck- und ein Niederdruckfluid abwechselnd aufeinanderfolgend zu und durch öffnungen in dem Gleitschuh (44) und zu der Grenzfläche zwischen Gleitschuh (44) und Schrägscheibe (60) förderbar sind, und

- daß die Schrägscheibe (60) mindestens eine Entlastungsbohrung (76 oder 77) aufweist, deren eines Ende sich in die Schrägscheibenfläche (61) und die Grenzfläche zwischen Gleitschuh (44) und Schrägscheibe (60) und deren anderes Ende sich in eine Umgebung (79) öffnet, deren Umgebungsdruck (P ) niedriger als die Drücke jeder Druckfluidversorgung ist, wodurch eine Energieverteilung ermöglicht wird und die Auswirkungen der Kavitations-Erosion und von Stoßbelastungen auf die Grenzfläche zwischen Gleitschuh und Schrägscheibe verringerbar sind.
8. Kombination nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schrägscheibe (60) zwei Entlastungsbohrungen (76, 77) enthält, deren jeweils eines Ende sich in die Schrägscheibenfläche (61) und deren jeweils anderes Ende sich in die Umgebung (79) mit niedrigerem Druck öffnet.