DE3212402A1 - Hydraulische axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

^l'j V.u sind die unturschiedlichbten hydraulischen Axialkolbenmaschinen der vorstehend genannten Art bekannt. Bei einer bekannten Axialkolbenmaschine nehmen die Zapfen die gesamten hydraulischen Kräfte, d.h. die Axial- und die Radial-Kräfte, auf. Der Steuerkolben zur Durchführung der Schwenkbewegung der Schrägscheibe ist in dem Stator angeordnet, der die Zylindertrommel umgibt. (DT-AS 19 15 735).

Es sind anders aufgebaute Axialkolbenpumpen der Schrägscheibenbauart bekannt, bei denen die Schrägscheibe ähnlich einer Wippe in den Innenringen von Wälzlagern _t;ela,-,urt sind. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen die Drehzapfen bzw. die Lagerflächen als hydrostatische Lager mit kreisrunden Bahnen ausgebildet sind.

Wälzlagerungen für derartige Aufgaben sind'teuer, stellen hohe Anforderungen an die Geometrie der benachbarten Teile und können infolge der Lagfrluft- ^J Verhältnisse und dadurch verursachten PunktV.ast für

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den Außenring nicht entsprechend der theoretischen statischen Tragzahl ausgenutzt werden. Die Schwingungen und Kräfte des Pumpen-Mechanismus führen vorzeitig zur Materialermüdung in der Wälzkontakt-Zon · oder die Lager müssen entsprechend der geforderten Lebensdauer ίΙΙιυΐΊϋϋκ-Ίΐ:· ion iei'l werden. Diese Maßnah.non wirken sich zusätzlich ungünstig auf die Kosten uni das Bauvolumen aus.

Hydrostatische Lager sind verlustbehaftet, ergeben stark unterschiedliche He ibungsverhä 1 tnisse und verlangen entsprechend hohe Verstellkräfte, was sich wiederum in einem vergrößerten Bauvolumen d.;r Verstell- und Regeleinrichtungen niederschlägt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrun·::.;, eine hydraulische Axialkolbenmaschine, d.h. ein·-· Pumpe oder einen Motor zu schaffen, die kompakt ■: ifgebaut und entsprechen'! steif ist, ;:u daß ei tu.· ::ehv; in^unrsarme Konstruktion entsteht, und insbejon-i·.·!··· gei'äwseharm ist.

Diese Aufgab«· wird grundsätzlich durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst.

Sämtliche während des Betriebes auftreten Ι·..·;ι Axialkräftc werden durch die gekrümmte Vläche au:' da.3 Linearrollenlagf-r übertragen, bi*i dem es si-.-h um ein einfaches, in Großserie hergestelltes Masch Lnun^lernent handelt. Die Ausgestaltung und Dimensionierung wird hierbei so vorgenommen, daß die auf die Laufplatte übertragene Kraft gleichmäßig auf alle Wälzkörper verteilt wird, !'ie wl' i nduriKSi'vniäße I/igt-fui.·- vi.-rli i ndert Biegesehwingungeti und damit dir durch dies«..· entstehende:.

Geräuse. Praktisch erfolgt die Lagerung do··'., wj .lie

- 5 resultierende Kraft der Axialkolben auftritt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 7.
5

VJ»·πη .lie Axialkolbenmaschine in vorteilhafter Weise so ausgebildet ist, wie -in den Ansprüchen 3 und ¹J angrroben, dann ist die Stützweite zwischen den beiden Linoarrollenlagern gering. Wenn man folgende theoretischen UlKM¹I t'j'.uni'.on anstellt, werden wesentliche Vorteile deutlich. Die Abstützung der resultierenden Axialkraft auf der Druckseite der Maschine stellt - hier als mechanisches Modell betrachtet - einen Träger auf zwei Stützen mit Streckenlast dar. Da Biegeschwingungen vorrangig vor allen anderen Schwingungsformen für Geräuschemissioneri verantwortlich sind, werden die Linearrollenlager möf.l i chst nahe zur Wi rkungsli nie der resultierenden Axialkraft angeordnet. Diese Wirkungs-1 i η 11.· oszilliert geringfügig (bei einer praktischen Ausi'üiirungsform u:n einen Mittelwert von 0,6-: des Teilkru i::. rad i us <iex· Keil benbahn) . Somit wird mit i-er i nisten elastischen Kint'ederungen der LagerstelLen '.lie n.-sul ti erendc Axialkraft auf die entsprechende Abstützung, d.h. auf die Dämpfungsplatten übertragen.

Diese koppeln aufgrund ihres guten Dämpfungsverhaltens die Erregerschwingungen des Schwenkkörpers wirkungsvoll vom Steuerboden ab.

Die Anordnung des Verstellkolbens in dem Sto-uerboden, fier mit dem 7.· φ fenr i ng verbunden ist (Anspruch 6), sorgt für eine kompakte Ausbildung.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert

Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausfüh

rungsform einer Axialkolbenmaschine nach der Erfindung, nämlich durch eine Axialkolbenpumpe ;

Fig. 2. einen Längsschnitt durch dio Axialkolben

pumpe der Fig. 1, jedoch um 90° gedreht;

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie A-A

der Fig. 1;
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Fig. ¹J einen Schnitt gemäß der Linie E-B der

Fig. 2;

Fig. 5 eine Ansicht in Richtung ii.·.·, Pfeiler X !---r Fig. 2;

Fig. 6 eine Einzelheit aus dem Schnitt der Fig. 1;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Darstellung der Fig. 6; und

Fig. 8 eine Ansicht, die derjenigen der Fig.6 entspricht, jedoch die wesentlichen Bauteil'.* im nichtgeschnittenen Zustand zei_;/,t. 30

Die in der Zeichnung dargestellte Axialkolbenpumpe W^itr.t einen Flansch 1, der für die Verbindung mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen für das Hydr-tuliköl sorgt. Der Flansch 1 ist durch Schrauben mit einem Gehäuse 2 verbunden.

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In dem Gehäuse 2 ist ein Verteiler· 3 befestigt, der auch die Steuerplatte 6 trägt. Durch den Verteiler 3 und die Steuerplatte 6 ist die Antriebswelle 5 hindurchgeführt.
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Die Antriebswelle treibt eine Zylindertrommel 7 mit Kolben 8. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 5 und der Zylindertrommel 7 erfolgt über eine Verzahnungshülse 3B aus Kunststoff oder ähnlichem dämpfenden Werkstoff mit einem Innen- und Außen.zahnprof il zur Übertrages des Drehmomentes. Für ο ine entsprechende Vorspannung sorgt eine Schraubenfeder 39·

An dem Gehäuse 2 ist mit Hilfe eines Spannbanies 35 und unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 37 eine Gohäusekappe 4 befestigt, welche die übrigen Bauteile der Axialkolbenpumpe umgibt. Dieses sind insbesondere die Schrägscheibe 10, an der sich die Gleitschuhe 11 abstützen. Die Gleitschuhe 11 sind durch eine Andrückplatte 9 gegen die Schrägscheibe 10 vorgespannt.

Die einseitig aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Antriebswelle \'j ist in einem Gleitlager 52 mit entsprechenden Lagerschalen und Lagerringen gelagert. Ein Dichtungsring 53j der mitrotiert, sorgt für eine entsprechende Abdichtung. Er wird durch mehrere Federn 56 vorgespannt. Ein Stift 55 stellt sicher, daß sich der Dichtungsring 53 mitdreht. Ein Deckel 5^ bilden den Verschluß des Gehäuses 2.

Der eigentliche Stator der Axialkolbenpumpe wird durch ein Zentralrohr ¹U gebildet, das über zwei Dämpfungsringe 57 aus Kunststoff in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Dieses Zentralrohr ¹Jl bildet praktisch einen Stützrahmen zur Aufnahme sämtlicher hydraulischer Kräfte,und zwar

sowohl in axialer als auch in radialer Ri.-.tunr. Das Zentralrohr dient der Abstützung der d ^n Rotor bildenden Zylindertrommel 7, und eines Zapi'enringes 42 zur Führung der Schrägscheibe 10 sowie ^ur Befestigung des Steuerbodens 22, welcher die axialen KWi Γ Ic der uchwcnkkorper-Lagerung aufnimmt.

Die Abstützung der Zylindertrommel erfolgt über einen frei umlaufenden Lagerring 43, der eine Anzahl radialer Schmierbohrungen 48 aufweist. Die Zylindertrommel 7 wird von einer Hülse 45 aufgenommen, die eich axial und radial gegen den Lagerring 43 abstützt. Die Hülse bildet mit der Außenfläche der Zylindertrommel 7 eine Passung, die eine relative axiale Bewegung ermöglicht.

Eine relative Drehbewegung wird durch einen Stift 46 verhindert.

Für den ruhigen Lauf des Lagerringes 43 -oi-gen Wullenfedern 47, die eine axiale Vorspannung ur/.-.-ugon. Die· Vorspannung bildet gleichzeitig die statische Anpressung der Zylindertrommel 7 an die Steu-;rpl -itte 6.

Der frei umlaufende Lagerring 43 bildet mi Ό der Hülse Vi einen inneren Schmierspalt Si und mit dein Zentralrohr 4L einen äußeren Schmierspalt Sa, so daß zwei Spalte funktionstechnich betrachtet - in Reihe geschaltet sind. Die mittlere resultierende Seitenkraft aller auf der Druckseite der Pumpe belasteten Kolben verläuft in Richtung des Pfeiles Z (Fig. 6) und belastet den Lagerring 43 mittig.

Der Aufbau von zwei hochbelastbaren hydrodynamischen "1-druckfilmen in den Spalten Si und Sa wird unterstützt durch zwangsweise vor der Druckzone über eine Men.f-en-. " drossel zugeführtes Drucköl von der Hochdruckseite der ' Pumpe. Die Zuführung geschieht über eine Versorgungs-

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leitun,' 51. Durch die radialen Schmierbohrungen 48 in dem Lagerring 43 wird der Schmierspalt Si versorgt. Zum Aufbau eines tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilms an den Seitenflächen des Lagerringes 43 sind entr.prechnnd ausgebildete, drehrichtungsabhängig geformte ^clini ierkana Le M) an dem Wul:;L 4Ί der Hülse 4'j ausgebildet. Hierdurch wird der Lagerring 43 während des Betriebes mit Planschöl aus dem Pumpengehäuse umflutet.

Die Abstützung des Lagerringes 4 3 auf der anderen Seite erfolgt gegen einen mit Durchbrüchen versehenen Stützring 4n. Bedingt durch die beschriebene Umflutung des Lageringes 43 bildet sich auch im Spalt zu dem Stützring ^li^l) im Betrieb ein hochbelasteter hydrodynamischer Schmierfilm aus.

Das Zentralrohr 4l, der Zapfenring 42, der Stützring 49 und die Steuerplatte 6 sind als Statorteile zu betrachten. Die Zylindertrommel 7 mit der Hülse 45 drehen sich mit

Pumpendrehzahl. Infolge der viskosen Plüssikgeitsreibung in den Schmierspalten Si und Sa wirkt im Betrieb auf den Lagerring 43 ein Schleppmoment, so daß sich dieser bei normalen Betriebsbedinungen (ca. 100° C) etwa mit der

halben Pumpenantriebsdrehzahl dreht. 25

Da es sich bei der veranschaulichten Axialkolbenpumpe um eine solche mit veränderlichem Hubvolumen handelt, ist die Schrägscheibe 10 schwenkbar gelagert, so daß sich bei Schwenkung um eine entsprechende Querachse ein veränderlicher Kolbenhub ergibt. Bei der dargestellten Ausführungüform ist die Schrägscheibe 10 auf einem Schwenkkörper 12 verschraubt. Seitliche Führungsarme des Sehwenkkörpers 12 umfassen seitlich jeweils einen auf den beiden Zapfen 14 des Zapfenringes 42 drehbar gelagerten

GIeLi.stein 15. _ΓΛ. ,-. , , .,., , . , ·. , ~

Die Drehachse ist identisch mit der Quer-

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- ίο -

oder Zapfenachse M-M. Die Rückseite des Schwenkkörpers 12 besitzt in den Bereichen L einen Radius R, so daß sich bei der Drehung des Schwenkkörpers 12 um die Zapfenachse M-M eine Linearbewegung der Laufplatte 16 ergibt. Infolge der großen axialen Kolbenkräfte in der Druckzone entsteht zwischen dem Schwenkkörper 12 und der Laufplatte 16 ein Reibschluß, ähnlich wie eine belastete Walze auf einer ebenen Unterlage abrollt, nur mit dem Unterschied, daß hier die Walze sprich Schwenkkörper 12 - in der Achse M-M 'ixiert ist, und die Unterlagen - sprich Laufplatte 16 - sich quer zur Achse M-M bewegt. Der Schwenkkörper 12 und die Laufplatte 16 sind über Führungsnuten und -rollen 17 gekoppelt.

Unter· Zugrundelegung der Darstellung der Fir-. Ί verläuft die Bewegung der Laufplatte 16 in <ier Vertikaler; Die Laufplatte 16 stützt sich wiederum auf '.'.wei Linoarrollenlager 18 ab, die auf Fixplatten 19 abrollen. Zur Lagesicherung der Linearrollenlager 18 dient ein Käfig 20, der wie ein Rahmen die Linerarrollenlajor umfaßt und spielfrei in der jeweiligen Stellung sichert..

Bei Einleitung einer Schwenkbewegung durchlauft die Laufplatte 16 die doppelte Wegstrecke wie der Käfig 20 bzw. die Linearrollenlager 18.

Die Fixplatten 19 liegen auf Dämpf ungspl at tr,-η 21 aus Kunststoff auf, die wiederum in entsprechen lon Kammern i_n dem Steuerboden ?2 angeordnet sind. DtT .'teuert o.len 22 ist mit dem Zapfenring ^l\2 verschraubt.

Durch entsprechende Berechnung der Steifigkeit der Laufplatte 16, der Fixplatten 19 und der Dämpfungsplatten 21, kann die elastische Durchbiegung dieser ge-imten Lager-

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stelle so beeinflußt werden, daß sich die über eine Linienberührung (Hertz'sehe Pressung) zwischen Schwenkkörper 12 und Laufplatte 16 eingeleitete Lagerkraft gleichmäßig auf alle Wälzkörper der Linearrollenlager vei-teilt. Durch die Dämpfungüplatten 21 aus Kunststoff werden die Betriebsgeräusche und die Schwingungen der Pumpenmechanik vom Steuerboden 22 isoliert.

Die vom jeweiligen Schwenkwinkel des Schwenkkörpers abhängige Stellung der Laufplatte 16 und des Käfigs mit den beiden Linearrollenlagern 18 wird geometrisch eindeutig bestimmt durch zwei jeweils außen am Käfig 20 angeschraubte, drehbare Latschen 23. Die Laschen sind in den Kopplungspunkten auf Büchsen aus Kunststoff gelagert.

Im Steuerboden 22 ist der Pumpenregler 2k mit dem Verstellkolben 25 untergebracht. Der Verstellkolben 25 ist als Differentialkolben ausgebildet. Am Stangenende des Verstellkolbens ist ein Joch 26 angeschraubt, das in Form einer Gabel einen Bolzen 27 umfaßt. Der Bolzen ist in einer Brücke 28 drehbar gelagert. Die Brücke 28 ist mit dem Schwenkkörper 12 verschraubt.

Die druckabhängig vom Pumpenregler 2Ί geregelte Position des Verstellkolbens 25 wird somit formschlüssig auf den Schwenkkörper 12 übertragen, d.h. einer bestimmten Stellung des Verstellkolbens entspricht ein bestimmter Winkel der Schrägscheibe 10 und damit einem bestimmten Hubvolumen der Pumpe.

Die Abstützung des Schwenkkörpers 12 über die beschriebene Lagerung mittels Linearrollenlager auf dem Steuerboden 22, in dem auch die komplette Pumpen-

regler mit Verstellkolben untergebracht fst^ ergibt infolge der Verschraubung mit dem Zapfenring *J2 und dem Zentralrohr hl eine äußerst kompakte., steife und damit schwingungsarme Konstruktion, die auch insbesondere hinsichtlich der Geräuschemisr, inn erhebliche Vort.fiIe bildet.

Wie beim Betrachten der Fijr. 3 deutlich v:ird, sind
in der Steuerplatte 6 Steuerschlitze 32 und 33 ausgebildet, die für eine Verbindung mit der Saugleitung 30 bzw. der Druckleitung 31 sorgen. Hülsen 3^ aus
Kunststoff stellen eine schalltechnische Abkoppelung des Verteilers 3 vom Gehäuse 2 dar und tr-igen deshalb zur Gera'uschdümpfunr, bei. Von der Drucket.· ite wird

eine Leitung 36 mit Drucköl versorgt, die wiederum
den Pumpenre^ler 2H als auch den Kanal ^uy\ mit
Drucköl versorgt.

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Bezugsze ionen

•1	Flansch	36	Ölbohrung
2	Gehäuse	37	Dichtungsring
3	Verteiler	38	VerzahiiungshiTlse
4	(iehitui/.ekappe	39	Schraubenfeder
VJl	Antriebswelle	40	Gehäusekappe
6	Steuerplatte	41	Zentralrohr
7	Zylindertrommel	42	Zapfenring, zweiteilig
8	Kolben	43	Lagerring
9	Andrückplatte	44	Wulst an 45
10	Schrägscheibe	45	Hülse
11	Gleitschuh	46	Stift
12	Schwenkkörper	47	Wellenfeder
13	Führungsarm	48	Schmierbohrung
14	Zapfen	49	Stütztring
15	Gleitstein	50	Schmierkanal
16	Laufplatte	51	Versorgungsleitung f. 50
17	Führungsroi 1 en	52	Gleitlager
18	Hr-Il enlager ( 1 inear)	53	Dichtungsring
19	Fi χι-latte 2 St	54	Deckel
20	KUfLi',	55	Stift
21	Däinpfungsplatte 2 St	56	Federn
22	Steuerboden	57	Dämpfungsrinp
23	Laschen
2 4	Pumpenregler
25	Verstellkolben
26	Joch
27	Bolzen
28	Brücke
29	gekrümmte Fläche
30	Sau;"l eituri|r
31	Druckleitung
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Hülse aus Kunststoff

Spannband

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■At

Leerseite

Claims (7)

1. UNSEREAKTE:

   Anmelder Γ Abex Corporation
   530 Fifth Avenue
   New York, NY IOO36 / USA

   Hydraulische Axialkolbenmaschine

   Patentansprüche

   fl) Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer einseitig nach außen geführten Welle für die Zylindertrommel und mit einer Schrägscheibe, die über einen Schwenk-^ körper in Zapfen eines Zapfenringes schwenkbar an dem der Wellendurchführung abgelegenen Ende gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkkörpe.-r (12) mit der Schrägscheibe (10) senkrecht zur'Zapfenachse (M-M) verschiebbar ist und über eine gekrümmte Fläche (29), deren Krümmungsradius (R) mit seinem Mittelpunkt auf der Zapfenachse (M-M) lieg1?/^WauT einer Laufplatte (l6) abrollt; die wiederum durch ein Linearrollenlager (18,19) an einem mit dem Zapfenring (42) verbundenen Steuerboden (22) abgestützt ist.

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   — c. —
2. 2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß der Schwenkkörper (12) seitlich Führungsarme (13) aufweist, die die verschiebbare Lagerung je eines C; lei ta Li.* i neu (l^rj) bildet;, der wiederum drehbar· auf dem zugeordneten ZaplVn (I¹O gelagc r·L ist.
3. 3. Axialkolbenmar.chine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Linearrollenlager (18, 19) und dom Steuerboden (22) eine Dampfungsplatte (21) aus Kunststoff oder dergleichen angeordnet ist.
4. Ί . Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 udi.-r 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei synip.etri sch zueinander angeordnete Linearroi Icηlager (i8, 19) und diesen zugeordnete Dämpfungsplatten (?1) vorgesehen sind.
5. 5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch ^;i , ri-lurch .gekennzeichnet, daß außen an dem Käfig (<?:")) 'edes Linearrollenlagers (l8, 19) eine Lasche (23) boi'-stigt ist, die über Führur.gsnuten und -rollen (17) mi', dem Schwenkkörper (12) verbunden ist.
6. 6. Axialkolbenmaschine nach einem oder hehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gokenris·.· i cj.tiet, vnß in dem Steuerboden (22) der Verstell külbel. C^lt0 i:ur Durchführung der· Schwenkbewegung der Schr'i.'schei-Lc· (10) angeordnet ist.
7. 7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstollkolben (?'. ) über ein Joch (26),einen Bolzen (27) und eine I rücke (28) mit dem Schwenkkörper (12) verbunden ist.

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