-
-
Einstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauform
-
Die Erfindung betrifft eine einstellbare Axialkolbenmaschine, beispielsweise
eine Axialkolbenpumpe oder einen Axialkolbenmotor,in Schrägscheibenbauform, bei
der die Kolbenabstützfläche ("Schrägscheibe") an einem halbzylindrischen Wiegenkörper
gebildet ist, dessen zylindrische Fläche in einer hohlzylindrischen Lagerschale
gleitgelagert abgestützt ist, wobei eine Drucktasche vorgesehen ist, die mit einer
Druckmittelquelle in Verbindung steht, wobei die Axialkolbenmaschine zwei Anschlüsse,
nämlich einen Förderleitungsanschluß und einen Niederdruckleitungsanschluß, aufweist
und die mit der Druckmittelquelle in Verbindung stehende Drucktasche auf derjenigen
Seite des Wiegenkörpers angeordnet ist, auf der die mit Förderdruck beaufschlagten
Arbeitskolben abgestützt sind
Bei Axialkolbenmaschinen ist es bekannt, den Wiegenkörper in einem Gleitlager zu
lagern, das zum Zwecke hydrostatischer Entlastung Drucktaschen in mindestens einem
der beiden relativ zueinander verschiebbaren Körper aufweist. Bei einer bekannten
Ausgestaltungsform wird diesen im Lagerkörper angeordneten Drucktaschen über außerhalb
der Axialkolbenmaschine liegende
Rohre oder Kanäle im Gehäuse Druckmittel
aus dem Hochdruckkanal der Axialkolbenmaschine zugeführt. Bei einer anderen bekannten
Ausgestaltungsform wird den Drucktaschen das Druckmittel über Kolben, eine Bohrung
und das Druckpolster im Gleitschuh und Bohrungen in der Wiege aus dem Zylinderraum
zugeführt. Zu diesem Zweck sind im Wiegenkörper Bohrungen vorgesehen, die in der
Schrägscheibe in Bereichen derselben münden, die von den Druckpolstern der Gleitschuhe
überstrichen werden. Da die Gleitschuhe zwischen sich einen Zwischenraum lassen,
mündet dann, wenn kein Gleitschuh vor der Mündung der Bohrung liegt, die Bohrung
in den Innenraum der Axialkolbenmaschine, so daß die Drucktasche während diesen
Zeiten von Druck entlastet ist. Das führt zu einer ungleichmäßigen,vibrationsartigen
Belastung der Drucktasche und entsprechend gestörtem Aufbau des Schmierfilmes zwischen
Wiegenkörper und Lagerfläche insbesondere bei kleinen Drehzahlen und zu erhöhtem
Leckölverlust. Darüberhinaus besteht die Gefahr, daß in der Lagertasche befindlicher
Schmutz durch die Bohrungen im Wiegenkörper unter die Gleitschuhe gelangen kann
und dort zu erhöhtem Verschleiß führt. Außerdem kann ein Nachsaugen aus den Drucktaschen
und damit Kavitation auftreten (DE-OS 22 54 809).
-
Dem gegenüber geht die Erfindung aus von der Lösung gemäß der (nicht
vorveröffentlichten) Hauptanmeldung. Die in der Hauptanmeldung offenbarte Lösung
ist jedoch nur anwendbar für Axialkolbenmaschinen, vorzugsweise Axialkolbenpumpen,
bei denen stets der gleiche Kanal im Steuerspiegel der den Hochdruck führende Kanal
ist, also immer die auf einer bestimmten räumlichen Seite bezogen auf die Axialkolbenmaschine
befindlichen Zylinder der Zylindertrommel von Hochdruck beaufschlagt sind.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei möglichst geringem Herstellaufwand
die Abstützverhältnisse durch hydrostatische Lagerentlastung bei einer Maschine,
bei der wahlweise einer von beiden Anschlüssen der Förderleitungsanschluß und der
jeweils andere der Niederdruckleitungsanschluß sein kann, die also für geschlossenen
Kreislauf in beiden Förderrichtungen geeignet ist, möglichst günstig zu gestalten.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen
Merkmale gelöst. Das heißt, der Gegenstand der Erfindung gemäß der Hauptanmeldung
wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Axialkolbenmaschine zweimal angewendet
und zwar auf jeder Seite einmal derart, so daß gleichgültig, welcher der beiden
Anschlüsse der Axialkolbenmaschine der Förderleitungsanschluß ist, immer auf der
Seite, auf der der vom Förderleitungsdruck beaufschlagte Steuerkanal liegt, auch
in der Wiegenkörperlagerung eine vom Förderleitungsdruck beaufschlagte Drucktasche
angeordnet ist, das heißt, es ist also auf jeder Seite des Wiegenkörpers eine Drucktasche
vorgesehen, von der jeweils nur eine mit dem Förderleitungsdruck beaufschlagt ist,
nämlich diejenige, auf derjenigen Seite des Wiegenkörpers, auf der sich die vom
Förderdruck beaufschlagten Arbeitskolben abstützen.
-
Unter Seite der Axialkolbenmaschine ist dabei verstanden eine Seite
ausgehend von der durch die Drehachse der Zylindertrommel gehenden Ebene, die senkrecht
auf der Schwenkachse des Wiegenkörpers steht.
-
Durch diese Drucktaschen werden nur die Abstützkräfte ausgeglichen,
die von den auf die Schrägscheibe abgestützten Arbeitskolben hervorgerufen werden.
-
Bei Axial kolbenmaschinen mit mindestens einem auf einer Seite der
Schwenkachse gegen den Wiegenkörper abgestützten, zumindest annähernd parallel zu
den Arbeitskolben angeordneten Stelikolbeq und einem auf der anderen Seite der Schwenkachse
gegen den Wiegenkörper abgestützten Gegenkrafterzeuger, beispielsweise eine Feder
oder vorzugsweise einen zweiten Kolben, entstehen durch diesen Stellkolben und den
Gegenkrafterzeuger ebenfalls Kräfte, die parallel zu den Kräften der Arbeitskolben
auf den Wiegenkörper wirken. Um auch diese zusätzlichen, auf die Lagerfläche wirkenden
Kräfte abzustützen, sind gemäß Anspruch "2" Zusatzdrucktaschen vorgesehen. Darüberhinaus
kaHR"ftelT weils auf derjenigen Seite, auf der die Arbeitskolben in der Zylindertrommel
mit dem Niederdruck beaufschlagt werden, angeordneten Zusatzdrucktasche erzielt
werden, daß die durch die mit Niederdruck gegen die Kolbenstützfläche xabgestützten
Arbeitskolben erzeugte Axialkraft ausgeglichen wird, soweit das nicht durch die
mit Niederdruck beaufschlagte Hauptdrucktasche erfolgt.
-
Bei einer Axialkolbenmaschine, bei der der Stell kolben auf einer
Seite und der Gegenkrafterzeuger auf der anderen Seite der durch die Drehachse der
Zylindertrommel gehenden, senkrecht auf der Schwenkachse stehenden Ebene gegen den
Wiegenkörper abgestützt ist, ist gemäß einem weiteren Schritt der Erfindung vorgesehen,
daß auf jeder Seite der genannten Ebene je eine Zusatzdrucktasche angeordnet ist.
Während jedoch von den beiden Hauptdrucktaschen gemäß Anspruch 1 jeweils nur eine
vom Förderdruck beaufschlagt ist und die andere druckentlastet bzw. mit dem Niederdruck
verbunden ist, sind bei verschiedenen Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes
mit zwei Zusatzdrucktaschen diese beiden ständig von dem ihnen zuge-
ordneten
Druck beaufschlagt. Es ist aber auch möglich, daß die Zusatzdrucktasche einer Seite
jeweils mit der Hauptdrucktasche der anderen Seite in Verbindung steht.
-
Die Zusatzdrucktaschen können von einem dem den Stellkolben beaufschlagenden
Druck proportionalen Druck beaufschlagt sein. Ist der Gegenkrafterzeuger ein Kolben,
der ständig mit Druck beaufschlagt ist, können die Zusatzdrucktaschen mit dem gleichen
Druck beaufschlagt sein, mit dem der Gegenkrafterzeugerkolben beaufschlagt ist,
beispielsweise mit dem Förderdruck.
-
Sind hingegen bei einer anderen Ausgestaltungsform der Axialkolbenmaschine
sowohl der Stellkolben als auch der Gegenkrafterzeuger auf der gleichen Seite der
durch die Drehachse gehenden,senkrecht auf der Schwenkachse stehenden Ebene angeordnet,
so wird auch nur eine Zusatzdrucktasche auf der gleichen Seite der genannten Ebene
angeordnet.
-
Weitere zweckmäßige Ausgelstaltungsformen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Durch die Erfindung wird ermöglicht, die im Prinzip mit der Hauptanmeldung
vorgeschlagene Lösung mit Erfolg auch dann anzuwenden, wenn im geschlossenen Kreislauf
die Förderrichtung umgekehrt wird oder bei gleich gehaltener Förderrichtung vom
Arbeitsbetrieb auf Bremsbetrieb übergegangen wird. Durch diese Art der Entlastung
wird auch bei Maschinen, die im geschlossenen Kreislauf arbeiten, ein optimales
Stellverhalten ermöglicht in Bezug auf Schwingen, Dämpfung und Hysterese. Eine solche
gleitgelagerte Wiege mit hydrostatischer Entlastung erreicht eine höhere Lebensdauer
als eine Wiegenlagerung mit Wälzlagern. Durch das Fl üssigkeitspol ster im Spalt
zwischen Wiegenkörper und Lagerkörper wird eine Geräuschdämpfung durch Abbau von
Druckspitzen erzielt. Darüberhinaus wird eine Entlastung der Stellkolbenkräfte auch
bei Wechsel der Druckseiten erzielt.
-
Weitere Einzelheiten des Gegenstandes der Erfindung, zweckmäßige Weiterausgestaltungen
und Funktion werden im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
erläutert.
-
Figur 1 zeigt halbschematisch, teils als Schnitt, eine Seitenansicht.
-
Figur 2 zeigt eine Ansicht im Schnitt in der Ebene II-II gemäß Figur
1.
-
Figur 3 zeigt in gleicher Darstellungsform wie Figur 1 und Figur 4
zeigt in gleicher Darstellungsform wie Figur 2 eine andersartige Ausgestaltung der
Verbindung der Drucktaschen miteinander.
-
und 6 Figuren 5/zeigen in analoger Darstellung wie Figuren 1 und
2 eine andere Ausgestaltungsform, bei der die Verbindungsbohrung anders angeordnet
ist.
-
Figuren 7 und 8 zeigen in analoger Darstellung eine Ausgestaltungsform,
bei der beide Zusatztaschen ständig mit Hochdruck beaufschlagt werden und sich die
Verbindung in der Lagerschale befindet.
-
Figuren 9 und 10 zeigen eine Ausgestaltungsform nach dem Entlastungsprinzip
gemäß Figuren 7 und 8, jedoch mit anderer Anordnung der Verbindungsbohrung.
-
Figuren 11 und 12 zeigen eine bezüglich der Verbindungsbohrung andere
Ausgestaltung des Grundprinzipes gemäß Figuren 1 und 2.
-
Figuren 13 und 14 zeigen eine Ausgestaltungsform für den Fall, daß
Stellkolben und Gegenkrafterzeuger auf nur einer Seite ang.eordnet sind.
-
Der Lagerkörper 1 weist eine hohlzylindrische Fläche 2 auf, in der
der Wiegenkörper 3 mit seiner zylindrischen Fläche 4 gelagert ist, wobei er gegen
seitliches Verschieben durch seitliche Borde 5 abgestützt ist.
-
Der Wiegenkörper 3 ist also in der Lagerfläche 2-4 verschwenkbar.
Zum Verschwenken dient der Stellkolben 6, der in einem Stellzylinder 7 verschiebbar
ist und dessen Kolbenstange 8 mittels eines Kugelkopfes 9 gegen den Wiegenkörper
3 abgestützt ist. Zum Erzeugen einer Gegenkraft dient ein Gegenkrafterzeugerkolben
10, der in einem Gegenkrafterzeugerzylinder 11 verschiebbar ist und eine Kolbenstange
12 aufweist, die ebenfalls mittels eines Kugelkopfes 13 gegen den Wiegenkörper 3
abgestützt ist. Der Stelikolben 6 hat eine wesentlich größere Kolbenfläche. als
der Gegenkrafterzeugerkolben 10.
-
Der Wiegenkörper 3 weist eine zentrale Bohrung 14 auf, durch die die
in der Zeichnung nicht dargestellte Welle hindurchragt.
-
An dem Wiegenkörper 3 ist eine Kolbenführungsfläche ("Schrägscheibe")
15 gebildet. In der Zeichnung sind die gegen diese Schrägscheibe 15 abgestützten
Kolben sowie die Zylindertrommel und der Steuerkörper, gegen den die Zyl-indertrommel
anliegt, nicht mehr gezeichnet. In diesem Steuerkörper sind zwei Kanäle gebildet,
von denen je nach Betriebszustand der eine Förderdruckkanal und der jeweils andere
Niederdruckkanal ist. An jeden dieser beiden Kanäle ist eine der beiden Leitungen
16 und 17 angeschlossen. Von der Leitung 16 zweigt eine Zweigleitung 18 ab und von
der Leitung 17 zweigt eine Zweigleitung 19 ab.
-
Die beiden Zweigleitungen 18 und 19 führen zu einem Umschaltventil
20, welches die jeweils den höheren Druck führende der beiden Zweigleitungen 18
und 19 und damit die jeweils den höheren Druck führende der beiden Leitungen 16
und 17 mit der Leitung 21 verbindet. An die Leitung 21 ist einerseits ständig der
Gegenkrafterzeugerzylinder 11 angeschlossen und ist weiterhin über eine Leitung
22 ein Dreianschluß/Dreistellungswege-
ventil 23 angeschlossen,
an dessen zweiten Anschluß eine zu einem Behälter 24 führende Leitung 25 angeschlossen
ist und an dessen dritten Anschluß die Leitung 26 angeschlossen ist, die zu dem
Stelizylinder 7 führt. Befindet sich das Ventil 23 in der Schließstellung, ist somit
der Arbeitsraum im Stellkolben 7 abgeschlossen und die Druckflüssigkeit in diesem
eingesperrt, während der Stellkolben 10 mit Druck beaufschlagt ist und somit denwiegenkörper
3 unter Spannung hält.
-
Befindet sich das Ventil 23 in der Stellung, in der es die Leitungen
22 und 23 miteinander verbindet, wird der in der Leitung 21 anstehende Druck über
die Leitung 26 in den Stellzylinder 7 geleitet. Da der Stellkolben 6 eine größere
Kolbenfläche aufweist als der vom gleichen Druck beaufschlagte Gegenkrafterzeugerkolben
10,wird der Stellkolben nach in Figur 1 links verschoben und verschwenkt den Wiegenkörper
3 im Uhrzeigersinn mit der Folge, daß dieser den Gegenkrafterzeugerkolben 10 nach
in der Zeichnung rechts verschiebt. Befindet sich umgekehrt das Wegeventil 13 in
der Stellung, in der es die Leitungen 25 und 26 miteinander verbindet, wird Druckmittel
aus dem Stellzylinder 7 abgelassen, so daß der von Druck beaufschlagte Gegenkrafterzeugerkolben
10 den Wiegenkörper entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn verschwenkt. Im Ausführungsbeispiel
ist das Ventil 23 als vom Förderdruck gesteuertes, also eine "Druckabschneidefunktion"
ausübendes Ventil dargestellt.
-
Ist derjenige Kanal im Steuerboden, der mit der Leitung 16 verbunden
ist, der Förderdruckkanal und entsprechend derjenige Kanal im Steuerboden, der mit
der Leitung 17 verbunden ist, der Niederdruckkanal, so sind die in Figur 2 auf der
rechten Seite der Ebene 27 angeordneten, in der Zeichnung nicht mehr dargestellten
Arbeitskolben in der Zylindertrommel mit Förderdruck beaufschlagt.
-
Die hohlzylindrische Lagerfläche 2 und entsprechend die zylindrische
Lagerfläche 4 sind koaxial zu der Schwenkachse 28 angeordnet, um die der Wiegenkörper
3 schwenkt.
-
Soweit entspricht der Anmeldungsgegenstand dem bekannten Stand der
Technik.
-
Im Wiegenkörper 3 ist eine Drucktasche 29 gebildet und ist eine zweite
Drucktasche 30 gebildet. Die Drucktasche 29 steht über eine Bohrung 31 und eine
zweite Bohrung 32 mit der Leitung 16 in Verbindung. Die Drucktasche 30 steht über
eine Bohrung 33 und eine Bohrung 34 mit der Leitung 17 in Verbindung.
-
;Das hat die Folge, daß dann, wenn die Leitung 16 die Förderdruckleitung
ist und folglich auf der in Figur 2 rechten Seite der Ebene 27 die vom Förderdruck
beatufschlagten Arbeitskolben abgestützt sind, über die Leitung 16, die Bohrungen
32 und 31 die auf ebenfalls der rechten Seite der Ebene 27 in Figur 2 angeordneter
Drucktasche 29 mit Druck beaufschlagt ist und folglich auf der richtigen Seite den
Wiegenkörper 3 von den von den Arbeitskolben verursachten Kräften entlastet.
-
In diesem Falle ist die Leitung 17 mit dem Niederdruck-;kanal verbunden
und folglich die auf der linken Seite der Ebene 27 in Figur 2 abgestützten Arbeitskolben
von Niederdruck beaufschlagt. Entsprechend ist auch die auf der linken Seite der
Ebene 27 in Figur 2 angeordnete Drucktasche 30 über die Bohrungen 33 und 34 und
die Leitung 17 >mit dem Niederdruck beaufschlagt.
-
Ist umgekehrt die Leitung 17 die von Förderdruck beaufschlagte, so
ist auch die Drucktasche 30 mit Förderdruck beaufschlagt und sind auch die jeweils
auf der in Figur 2 linken Seite der Ebene 27 sich befindenden Arbeitskolben mit
Förderdruck beaufschlagt, so daß wiederum die Drucktasche auf der gleichen Seite
liegt und auf der gleichen Seite eine Gegenkraft erzeugt, wie die vom Förderdruck
beaufschlagten Arbeitskolben.
-
Auch der Stellkolben 6 und der Gegenkrafterzeugerkolben 10 erzeugen
axiale Kräfte, die auf den Wiegenkörper 3 einwirken. Um auch diese auszugleichen,
ist die Kolben stange 12 des Gegenkrafterzeugerkolbens 10 mit einer Bohrung 35 versehen,
die mit einer Bohrung 36 in dem Wiegenkörper 3 kommuniziert und mit einer Drucktasche
37 in Verbindung steht, die parallel zu der Drucktasche 29 angeordnet ist. Auf der
anderen Seite der Ebene 27 ist in analoger Weise parallel zu der Drucktasche 30
eine Drucktasche 38 angeordnet, die über eine Querbohrung 40 mit der Bohrung 36
in Verbindung steht. Die beiden Zusatzdrucktaschen 37 und 38 sind also ständig mit
dem Druck beaufschlagt, der auch auf den Gegenkrafterzeugerkolben 10 einwirkt. Der
Stellkolben 6 ist (in der Zeichnung nicht erkennbar) auf der in Figur 2 linken Seite
der Ebene 27 angeordnet. Der jeweils höhere der in den beiden Leitungen 16 und 17
anstehende Druck wirkt also ständig einerseits auf den Gegenkrafterzeugerkolben
lO,andererseits in den beiden Zusatzdrucktaschen 37 und 38. Die beiden Zusatzdrucktaschen
37 und 38 sind deshalb auf den beiden Seiten der Ebene 27 angeordnet, weil auch
die Kolben 10 und 6 auf verschiedenen Seiten der Ebene 27 angeordnet sind. Die Zusatzdrucktaschen
37 und 38 sind entsprechend dem Verhältnis der Kolbenfläche des GegenkrafterzeugeX
kolbens 10 zu der Summe der Kolbenflächen der jeweils auf einer Seite der Ebene
27 befindlichen Arbeitskolben
schmaler als die Drucktaschen 29
und 30.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß den Figuren 3 und 4 unterscheidet sich
von der Ausgestaltungsform gemäß den Figuren 1 und 2 dadurch, daß in diesem Falle
die Zusatzdrucktasche 38 ständig über eine Querbohrung 41 mit der Drucktasche 29
in Verbindung steht und die Drucktasche 30 über eine Querbohrung 42 ständig mit
der Zusatzdrucktasche 37 in Verbindung steht.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß den Figuren 5 und 6 unterscheidet sich
von der Ausgestaltungsform gemäß Figuren 2 und 3 lediglich dadurch, daß in diesem
Fall die Verbindung zwischen der Zusatzdrucktasche 38 und der Drucktasche 29 durch
die Querbohrungen 43 hergestellt ist, die im Lagerkörper 1 gebildet ist und daß
entsprechend die Verbindung zwischen der Drucktasche 30 und der Zusatzdrucktasche
37 durch die Querbohrung 44 hergestellt ist, die ebenfalls im Lagerkörper 1 angeordnet
ist.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß Figuren 7 und 8 unterscheidet sich von
der Ausgestaltungsform gemäß Figur 1 dadurch, daß von der Leitung 21 eine Leitung
45 abzweigt, die über Bohrungen 46 und 47 ständig beide Zusatzdrucktaschen 37 und
38 mit Förderdruck beaufschlagt, wobei wiederum die Querbohrung 48 im Lagerkörper
1 angeordnet ist.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß Figuren 9 und 10 entspricht der Ausgestaltungsform
gemäß Figuren 7 und 8 mit dem Unterschied, daß die Querbohrung 49 wiederum im Wiegenkörper
3 angeordnet ist.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß Figuren 11 und 12 unterscheidet sich
von der Ausgestaltungsform gemäß Figur 1 dadurch, daß die die Zusatzdrucktaschen
37 und 38 miteinander verbindende Querbohrung 50 im Wiegenkörper 3 angeordnet ist.
-
Die Ausgestaltungsform gemäß Figuren 13 und 14 zeigt eine Anordnung,
bei der der Stellzylinder 7 und auch der Gegenkrafterzeugerzylinder 11 beide auf
der in Figur 2 bzw.
-
Figur 14 rechten Seite der Ebene 27 angeordnet sind.
-
In diesem Falle ist nur eine Zusatzdrucktasche 57 auf dieser gleichen
rechten Seite der Ebene 27 vorgesehen.
-
Es sind auch andere Ausgestaltungsformen möglich, zum Beispiel ist
es möglich., daß der Stellkolben und der Gegenkrafterzeuger auf der gleichen Seite
der durch die Drehachse gehenden, in der Schwenkrichtung verlaufenden Ebene angeordnet
sind.Das würde zum Beispiel bedeuten, daß in Figur 14 der unten links erkennbare
Abstützpunkt für den Gegenkrafterzeuger entfällt und dafür auf der in Figur 14 rechten
Seite, vorzugsweise symmetrisch zu der in Figur 14 auf der linken Seite dargestellten
Lage, angeordnet ist.
-
Weiterhin sind verschiedene mögliche Ausgestaltungsformen zu erwähnen,
nämlich insbesondere, daß eine Zusatzdrucktasche entweder nur als Erzeuger einer
Gegenkraft für die Kraft des Stellkolbens oder nur als Erzeuger einer Gegenkraft
für den Gegenkrafterzeuger vorgesehen ist oder vorzugsweise, daß zwei Zusatzdrucktaschen
vorgesehen sind, von denen eine dem Stellkolben und eine dem Gegenkrafterzeuger
zugeordnet ist (also vorzugsweise eine Anordnung gemäß Anspruch 3). Das heißt, bei
einer Ausgestaltung gemäß Figur 14 wäre dann auf der in der Zeichnung linken Seite
eine zweite, der Zusatzdrucktasche 57 auf der in der Zeichnung rechten Seite entsprechende
Zusatzdrucktasche vorgesehen, die über eine Verbindungsbohrung mit dem in
Figur
14 unten links dargestellten Widerlager für den Gegenkrafterzeuger verbunden ist.
-
Stand der Technik: DE-OS 25 31 6.16.
-
,|L