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Axialkolbenmaschine
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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine
Axialkolbenpumpe, bei welcher durch eine Schrägachse oder eine Schrägscheibe in
einer drehbaren Zylindertrommel kreisförmig im gleichen Umfangsabstand angeordnete
Kolben axial beweglich sind, wobei die zu den Zylinderbohrungen führenden Verbindungsbohrungen
oder -kanäle in Verbindung mit einer Steuerplatte stehen, die zwei einander gegenüberliegende
nierenförmige Ein- und Auslaßöffnungen (Nieren) aufweist, die jeweils durch im Bereich
des inneren und äußeren Totpunktes angeordnete Stege voneinander getrennt sind,
wobei die Breite der Stege zur Abdeckung einer Verbindungsbohrung ausreicht.
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Bei einer bekannten Axialkolbenmaschine dieser Art ist die Umfangslänge
der Nieren und die Anordnung der Verbindungsbohrungen so vorgenommen, daß während
eines Umlaufes der Zylindertrommel jeweils verschiedene Anzahlen der Verbindungsbohrungen
von den Nieren überdeckt werden, weil die in Drehrichtung jeweils nachfolgende Verbindungsbohrung
bereits schon dann in den Bereich der Niere eintritt, wenn die am gegenüberliegenden
Ende der Niere angeordnete Verbindungsbohrung den Nierenbereich noch nicht verlassen
hat.
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Diese ungleichförmige Beaufschlagung im Nierenbereich führt zu Gehäuseschwingungen,
durch welche es wiederum zu erheblichen Geräuschentwicklungen beim Betrieb der Maschine
kommt.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gehäuseschwingungen und damit
die Geräuschentwicklungen verringert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine der
Hochdruckseite zugeordnete Niere mit ihren beiden Enden jeweils an die diesen Enden
benachbarte durch den
dortigen Steg abdeckbare Verbindungsbohrung
anschließt, so daß bei Austritt der einen abdeckbaren Verbindungsbohrung aus der
Niere die andere Verbindungsbohrung in diese eintritt, wobei die der Niederdruckseite
zugeordnete Niere mit ihren beiden Enden jeweils an die diesen Enden benachbarte
abdeckbare Verbindungsbohrung anschließt oder im Bereich des äußeren Totpunktes
einen der Vorverdichtung dienenden Abstand zu dieser hat.
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Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß die Anzahl der ein- und auslaßseitig
während des Umlaufes der Zylindertrommel durch die Nieren beaufschlagten Kolben
stets konstant bleibt, weil dem Austritt einer Verbindungsbohrung aus dem Nierenbereich
immer gleichzeitig der Eintritt der nächsten Verbindungsbohrung am anderen Ende
der Niere gegenübersteht. Wenn also die im Stegbereich liegende Verbindungsbohrung
nicht mehr von der jeweiligen Niere überdeckt oder angeschnitten wird, ist die am
anderen Ende der Niere befindliche Verbindungsbohrung bereits in die überdeckung
dieser Niere eingetreten.
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Durch diese beim Umlauf konstant bleibende Anzahl der beaufschlagten
Verbindungsbohrungen bzw. der
beaufschlagten Kolben bleibt auch
die auf das Maschinengehäuse ausgeübte Gesamtkraft während des Umlaufes der Zylindertrommel
im wesentlichen konstant, so daß die Gehäuseschwingungen weitgehend vermieden und
die Geräuschentwicklungen erheblich verringert sind.
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Die erfindungsgemäße Anordnung läßt sich auf Axialkolbenmaschinen
mit ungeraden und mit geraden Kolbenanzahlen anwenden. Bei einer Axialkolbenmaschine
der eingangs genannten Art sind ungerade Kolbenanzahlen vorgesehen, wobei die beiden
einander gegenüberliegenden Nieren die gleiche Umfangslänge aufweisen.
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Bei dieser bekannten Maschine sind sieben Kolben vorgesehen, wobei
durch die ungeraden Kolbenanzahlen ein möglichst geringer Ungleichförmigsgrad erreicht
werden soll.
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Für Axialkolbenmaschinen, bei denen ungerade Kolben- und Verbindungsbohrungsanzahlen
vorliegen, ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, daß die beiden Nieren jeweils
eine unterschiedliche Länge haben und um eins unterschiedliche Anzahlen
der
Verbindungsbohrungen überdecken, wobei die kürzere Niere der Hochdruckseite zugeordnet
ist, und wobei die beiden im Stegbereich angeordneten abdeckbaren Verbindungsbohrungen
an die Enden der kürzeren Niere anschließen, so daß bei Austritt der einen abdeckbaren
Verbindungsbohrung aus dem Bereich der kürzeren Niere die andere Verbindungsbohrung
am anderen Ende in diese eintritt und wobei die längere Niere mit ihrem einen Ende
an die im Bereich des inneren Totpunktes liegende abdeckbare Verbindungsbohrung
anschließt, während sie mit ihrem anderen Ende im Bereich des äußeren Totpunktes
an die dortige abdeckbare Verbindungsbohrung anschließt oder einen der Vorverdichtung
dienenden Abstand zu dieser hat.
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Auch bei dieser Anordnung werden die jeweils von den Nieren beaufschlagten
Verbindungsbohrungsanzahlen während des Umlaufes der Zylindertrommel konstant gehalten,
wobei beispielsweise bei sieben Verbindungsbohrungen stets drei dieser Verbindungsbohrungen
von der hochdruckseitigen Niere und vier der Verbindungsbohrungen von der niederdruckseitigen
Niere überdeckt werden. Auch hierbei bleibt die auf das Gehäuse wirkende Gesamtkraft
während des Umlaufes der Zylindertrommel konstant, so daß auch bei der Verwendung
von ungeraden
Kolbenanzahlen und dem dadurch erreichbaren geringen
Ungleichförmigkeitsgrad Gehäuseschwingungen weitgehend vermieden und Geräuschentwicklungen
erheblich verringert sind.
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Sofern gerade Kolben- und Verbindungsbohrungsanzahlen Verwendung finden,
können beide Nieren jeweils die gleiche Länge haben und jeweils gleiche Kolben-
und Verbindungsbohrungsanzahlen überdecken.
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Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht ausgeschlossen, daß
die Steuerplatte gegenüber den Totpunkten verdrehbar im Gehäuse angeordnet ist.
Die mit der erfindungsgemäßen Maschine erreichbare Wirkung hinsichtlich der Geräuschverringerung
wird hiervon nicht berührt.
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Es ist ferner nicht ausgeschlossen, daß durch an sich bekannte Maßnahmen
zur Gestaltung der Kanten der Verbindungsbohrungen und/oder der Kanten im Bereich
der Enden der Nieren wie Kerben od.dgl ein nach einer bestimmten zeitlichen Funktion
sich ändernder Druckverlauf im übergangsbereich zwischen Ein- und Austritt der jeweiligen
Verbindungsbohrung im Bereich der Niere erzeugt wird. Soweit diese Maßnahmen in
gleicher Weise an beiden Enden der jeweiligen Niere angewandt werden, wird die erfindungsgemäße
Wirkung
überhaupt nicht und in allen anderen Fällen nur geringfügig berührt.
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Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Maschine schließlich, daß
durch die Schwingungs- und Geräuschverringerung gleichzeitig auch der damit verbundene
Verschleiß verringert wird.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform einer Axialkolbenmaschine,
auf welche die Erfindung Anwendung findet.
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Fig. 2 ist in schematischer Darstellung die Ansicht II-II nach Fig.
1 auf die der drehbaren Zylindertrommel zugeordnete Steuerplatte bei einer Ausführungsform,
die zum Stand der Technik gehört.
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Fig. 3 ist ein Kraft/Zeitdiagramm, mit welchem die auf das Maschinengehäuse
wirkende Gesamtkraft bei
einer Anordnung nach Fig. 2 wiedergegeben
ist.
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Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform.
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Fig. 5 ist ein Kraft/Zeitdiagramm für die Ausführungsform nach Fig.
4.
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Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform.
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In Fig. 1 ist im Schnitt eine Schrägachsen-Axialkolbenmaschine dargestellt,
die einen am Ende eines Wellenstumpfes 1 angeordneten Triebflansch 2 aufweist, der
über Gelenkverbindungen 3 Axialkolben 4 beaufschlagt, die in Zylinderbohrungen 5
einer drehbaren Zylindertrommel 6 axialbeweglich angeordnet sind, wobei die Zylinderbohrungen
5 kreisförmig und in gleichem Umfangsabstand in der Zylindertrommel 6 angeordnet
sind.
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Die Zylinderbohrungen 5 stehen über Verbindungsbohrungen 7 mit einer
Steuerplatte 8 in Verbindung, die zwei einander gegenüberliegende nierenförmige
Ein- und Auslaßöffnungen (Nieren) 9 und 10 aufweist, wobei die Steuerplatte 8 durch
einen
Gehäusedeckel 11 abgeschlossen ist.
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Fig. 2 ist die Ansicht II-II nach Fig. 1 und zeigt in schematischer
Darstellung eine zum Stand der Technik gehörende Ausführungsform der Steuerplatte
8. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, sind bei dieser Ausführungsform ungerade Kolbenanzahlen,
nämlich sieben Kolben, vorgesehen, wobei die beiden Nieren 9 und 10 dieselbe Umfangslänge
haben.
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Wie sich aus Fig. 2 weiter ergibt, sind die beiden Nieren 9 und 10
jeweils im Bereich des inneren Totpunktes 13 und des äußeren Totpunktes 14 durch
Stege 15 und 16 der Steuerplatte 8 voneinander getrennt. Die Breite B der Stege
reicht, wie dargestellt, jeweils zur Abdeckung einer Verbindungsbohrung 7 aus.
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Wie aus Fig. 2 weiter hervorgeht, tritt bei einer Bewegung der Zylindertrommel
6 (vgl. Fig. 1) in Richtung des Pfeiles 17 die im äußeren Totpunkt 14 liegende und
in Fig. 2 abgedeckte Verbindungsbohrung 7a in die beim dargestellten Beispiel der
Hochdruckseite zugeordnete Niere 9 ein, während die in der Nähe des inneren Totpunktes
13 befindliche Verbindungsbohrung 7b noch teilweise von der Niere 9 überdeckt ist.
Dies bedeutet, daß
in der Darstellung nach Fig. 2 zunächst von
der Niere 9 drei Verbindungsbohrungen und damit drei Kolben beaufschlagt sind, während
bei einer Weiterdrehung in Richtung des Pfeiles 17 vier Verbindungsbohrungen beaufschlagt
werden. Dreht sich die Zylindertrommel 6 noch weiter, werden nach Austritt der im
Bereich des inneren Totpunktes 13 liegenden Verbindungsbohrung 7b aus dem Bereich
der Niere 9 wiederum nur drei Verbindungsbohrungen beaufschlagt. Entsprechendes
gilt für die niederdruckseitige Niere 10.
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Das Diagramm in Fig. 3 verdeutlicht diese Verhältnisse.
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Dort ist die auf das Gehäuse wirkende Gesamtkraft über der Zeit aufgetragen.
Wie ersichtlich, wechselt eine der Beaufschlagung von vier Verbindungsbohrungen
bzw. Kolben entsprechende größere Gesamtkraft mit einer der Beaufschlagung von nur
drei Verbindungsbohrungen bzw. Kolben entsprechenden kleineren Gesamtkraft ab. Das
Gehäuse und dort insbesondere der Deckel 11 (vgl. Fig. 1) wird also ständig wechselnden
Kräften ausgesetzt, so daß es zu Schwingungen kommt, die zur Geräuschentwicklung
und gegebenenfalls auch zu einem höheren Verschleiß führen.
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Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einer erfindungsgemäßen
Ausgestaltung der Steuerplatte 8. Wie aus Fig. 4
hervorgeht, liegen
hier ebenfalls ungerade Kolbenanzahlen vor, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel
ebenfalls, wie bei der Anordnung nach Fig. 2, sieben Kolben Verwendung finden. Hiervon
abweichende Kolbenanzahlen sind selbstverständlich möglich.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 haben die beiden Nieren 9 und 10 jeweils
eine unterschiedliche Länge, die um eins unterschiedliche Anzahlen der Verbindungsbohrungen
7 überdecken. Die kürzere Niere 9 ist der Hochdruckseite zugeordnet und hat eine
solche Umfangslänge, daß sie mit ihren beiden Enden an die im Bereich der beiden
Stege 15 und 16 liegenden abdeckbaren Verbindungsbohrungen 7a und 7b anschließt.
Dies hat zur Folge, daß bei einer Drehung der Zylindertrommel 6 (vgl. Fig. 1) in
Richtung des Pfeiles 17 bei Austritt der im Bereich des inneren Totpunktes 13 liegenden
Verbindungsbohrung 7b aus der Niere 9 die im Bereich des äußeren Totpunktes 14 liegende
Verbindungsbohrung 7a sofort in die Niere 9 eintritt.
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Die längere Niere 10 ist der Niederdruckseite zugeordnet und schließt
mit ihrem einen Ende an die im Bereich des inneren Totpunktes 13 liegende abdeckbare
Verbindungsbohrung 7b an, während sie mit ihrem anderen Ende im Bereich
des
äußeren Totpunktes 14 an die dortige abdeckbare Verbindungsbohrung 7a anschließt.
In diesem Bereich kann ihr Ende aber auch einen der Vorverdichtung dienenden Abstand
a zu der abgedeckten Verbindungsbohrung 7a haben.
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Dies bedeutet ebenfalls, daß bei einem Eintritt der im Bereich des
inneren Totpunktes liegenden Verbindungsbohrung 7b in die Niere 10 die im Bereich
des äußeren Totpunktes 14 liegende Verbindungsbohrung 7a aus der Niere 10 austritt,
so daß auch niederdruckseitig während des Umlaufes der Zylindertrommel 17 die Anzahl
der beaufschlagten Verbindungsbohrungen bzw. der beaufschlagten Kolben konstant
bleibt.
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Das Diagramm nach Fig. 5 verdeutlicht wiederum diese Verhältnisse.
Auch hier ist die hochdruckseitig erzeugte, auf das Gehäuse wirkende Gesamtkraft
über der Zeit aufgetragen. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird die durch die austretenden
Verbindungsbohrungen sich ergebende Kraftreduzierung durch die eintretenden Verbindungsbohrungen
kompensiert. Dem Kraftwechsel durch den Aus- und Eintritt,der in ausgezogener Linie
dargestellt ist, wirkt also der in gestrichelter Linie dargestellte phasenverschobene
Ein- und Austritt entgegen. Die auf das Gehäuse wirkende Gesamtkraft bleibt mithin
konstant, wie dies durch die obere Begrenzungslinie verdeutlicht ist.
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Die Neigung der Flanken der Kurven nach den Figuren 3 und 5 deutet
in schematischer Darstellung die Druckänderung beim Ein- und Austritt an, wobei
entsprechend der jeweiligen Kantengestaltung diese Flanken auch einen anderen gekrümmten
Kurvenverlauf haben können.
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Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 bei einer abgewandelten Ausführungsform,
bei welcher gerade Kolbenanzahlen und damit gerade Anzahlen der Verbindungsbohrungen
7 Verwendung finden.
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Wie aus Fig. 6 hervorgeht, sind beim dort dargestellten Ausführungsbeispiel
acht Verbindungsbohrungen vorgesehen, von denen jeweils zwei im inneren und äußeren
Totpunkt 13 bzw. 14 abgedeckt sein können. Die beiden Nieren 9 und 10 haben bei
diesem Ausführungsbeispiel gleiche Umfangslänge und überdecken jeweils gleiche Kolben-
und Verbindungsbohrungsanzahlen, nämlich jeweils drei beim Ausführungsbeispiel nach
Fig. 6. Beide Nieren 9 und 10 schließen in der in Fig. 6 dargestellten Lage an die
im Bereich des inneren und äußeren Totpunktes 13 bzw.
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14 liegenden abgedeckten Verbindungsbohrungen 7a und 7b an, wobei,
wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, die niederdruckseitige Niere 10 einen
der Vorverdichtung dienenden Abstand a zu der Verbindungsbohrung 7a im Bereich des
äußeren Totpunktes haben kann.
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Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird auch bei dieser Ausführungsform die
erfindungsgemäße Wirkung erreicht, daß nämlich einem Eintritt einer weiteren Verbindungsbohrung
in eine der Nieren, insbesondere in die Hochdruckniere 9, ein gleichzeitiger Austritt
einer anderen Verbindungsbohrung gegenübersteht, so daß die während des Umlaufes
der Zylindertrommel 6 beaufschlagten Verbindungsbohrungszahlen stets konstant gehalten
sind.
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