-
-
Hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauform
-
Die ErfinduT betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschiene in
Schrägscheibenbauform, bei der die Schrägscheibe an einem halbzylindrischen Schrägscheibenkörper
("Wiege") gebildet ist, der mit seiner zylindrischen Fläche in einer entsprechenden
hohlzylindrischen Fläche eines Gehäuseteils gleitgelagert ist, wobei in mindestens
einer der das rleitlager bildenden Flächen, und zwar im vorliegenden Falle in der
halbzylindrischen Fläche des Schrägscheibenkörpers, mindestens eine Ausnehmung angeordnet
ist, die mit einem Druckmittel unter Druck führenden Leitung verbunden ist.
-
Vorzugsweise ist dieser in dem Kanal bzw. der Leitung geführte Druck
der Betriebsdruck der Maschine, beispielsweise der Förderdruck der Pumpe bzw. der
dem Hydromotor zufließende Druck. Dadurch wird in den Ausnehmungen ein Druckpolster
gebildet. Der Flüssigkeitsdruck in diesem erzeugt In beiden Lagerteilen eine Kraft
die von der hohlhalbzylindrischen Fläche weggerichtet ist und somit der den Schrägscheibenkörper
in die halbhohlzyllndrische Fläche drückenden Kraft, die aus den Kräften der Arbeitskolben
und gegebenenfalls Stellkolben und bzw. oder Andruck-
federn resultiert,
entgegengerichtet ist, zumindest den Komponenten,die in Bezug auf den Verlauf der
Kraftwirkungslinie übereinstimmen. Mit Verschwenken des Schrägscheibenkörpers ändert
sich also die Richtung der in der Ausnehmung erzeugten Kraft gegenüber der auf den
Schrägscheibenkörper auf der Zylindertrommelseite wirkenden Kraft. Diese Druckpolster
in den Ausnehmungen werden vorgesehen, damit die Kraft, mit der die zylindrische
Fläche in die hohlhalbzylindrische Fläche gedrückt wird, nicht zu groß ist, damit
die Reibung zwischen diesen beiden Flächen nicht zu groß wird und sich der Schrägscheibenkörper
mit relativ kleinen Stellkräften auf unterschiedliche Schwenklagen einstellen läßt.
Andererseits darf die in den Druckpolstern erzeugte Kraft nicht so groß werden,
daß sie den Schrägscheibenkörper aus der hohlhalbzylindrischen Fläche abhebt, weil
dann der Spalt zwischen beiden Flächen zu groß würde und durch diesen Spalt unzulässig
viel Flüssigkeit abströmen ¢ würde. lto auf beiden Seiten gleiche Veränderungen
der Kräfte zu erzielen, wird die Ausnehmung mit dem gleichen Druck beaufschlagt,
der auch auf die Arbeitskolben wirkt. Es muß also eine Restanpreßkraft verbleiben,
damit die Lage des Schrägscheibenkörpers stets eindeutig definiert und die Funktion
des Triebwerkes gesichert ist. Diese Restanpreßkraft wird durch die Flächen der
zylindrischen Fläche auf die hohlhalbzyllndrische Fläche übertragen. Die Restanpreßkraft
dividiert durch die jeweils wirksame, das heißt sich gegenüberliegende Fläche der
halb-
zylindrischen Fläche ergibt die Flächenpressung in dieser.
Damit die Flächenpessung nicht zu groß wird, muß auch die wirksame Fläche hinreichend
groß sein, damit die für die verwendeten Werkstoffe des Schrägscheibenkörpers und
vor allen Dingen der Lagerschale der hohl hal bzyl i ndri schen Fläche zulässige
Flächenpressung nicht überschritten wird.
-
(DE-OSen 32 32 397 und 32 32 363) Zu dem für eine Patentanmeldung
relevanten Stand der Technik wird verwiesen auf die ältere, noch nicht veröffentlichte,
aber zur Veröffentlichung gelangende deutsche Patentanmeldung P 33 02 763.3. /
Der
Arfindungliegt die Aufgabe zugrunde, den wirksamen Teil der zylindrischen Fläche
des Schrägscheibenkörpers derart zu gestalten, daß stets bei jeder Schwenkwinkellage
des Schrägscheibenkörpers die zulässige Flächenpressung nicht überschritten wird.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß außer der
die Ausnehmung umgebenden Fläche mindestens eine zusätzliche Stützfläche vorhanden
ist. Diese zusätzliche Stützfläche oder zumindest eine derselben kann wie eine Insel
von der Ausnehmung umgeben sein oder wie eine Halbinsel in die Ausnehmung hineinragen.
Die zusätzliche Stützfläche kann aber auch außerhalb der Entlastungsgeometrie angeordnet
sein. Sofern diese zusätzlichen Stützflächen nicht quadratisch oder kreisförmig
sind, kann sich die längere Erstreckungsrichtung vorzugsweise parallel zur relativen
Verschwenkbewegungsrichtung erstrecken, kann sich aber in anderer Ausgestaltungsform
auch parallel zur Schwenkachse erstrecken. Die verschiedenen Ausgestaltungsformen
könne auch in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Die Summe der erforderlichen,
tragenden Flächen ist abhängig von dem Verhältnis der Restkraftzur zulässigen flächenpressung.
Die Restkraft hängt wiederum von der Größe der Arbeitskolbendurchmesser, der Stelikolbendurchmesser
und vom naximalen Schwenkwinkel des Schrägscheïbenkörpers ab. Dieser Winkel ist
bei kleinen Baugrößen von Axialkolbeneinheiten relativ groß ( z.B. 180). Dadurch
ergeben sich lange Tragflächen in Schwenkrichtung nu'damit eine schmale Wiege in
Richtung parallel zur Schwenkachse.
-
Bei großen Baugrößen der Axialkolbenmaschine ist der maximale Schrägscheibenkörper-Schwenkwinkel
aus Gründen der maximal zulässigen Kolbengeschwindigkeit kleiner e.B. 130)mit der
Folge, daß die Tragflächen kurz und breit werden.
-
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der
Erfindung dargestellt: Figur 1 zeigt eine Ansicht der zylindrischen Fläche eines
Schrägscheibenkörpers, wobei die Blickrichtung parallel zur Drehachse ist.
-
Figur 2 zeigt eine gleichartige Ansicht eines etwas anders ausgestalteten
Schrägscheibenkörpers.
-
Figur 3 zeigt einen Schnitt- durch den Schrägscheibenkörper gemäß
Figur 2, wobei die Schnittebene senkrecht zur Schwenkachse liegt.
-
Der Schrägscheibenkörper 1 ist mit einem Mittelteil versehen, das
einen gegenüber den Stützflächen verringerten Durchmesser aufweist und dessen Oberfläche
deshalb nicht fein bearbeitet zu sein braucht. An beiden Seiten ist je eine zylindrische
Tragfläche 3 vorgesehen, neben der eine Nut 4 vorgesehen ist. Zwischen dieser Nut
4 und eine zweiten Nut 5 ist eine zusätzliche Stützfläche 6 gebildet, die auf dem
gleichen Durchmesser liegt wie die Tragfläche 3.
-
Allerdings können für den Durchmesser, auf dem die Stützfläche 6 liegt,
gegenüber der Tragfläche 3 auch Abweichungen vorgesehen sein, durch die die unterschiedliche
Schmierfilmsituation in diesen 8erweichen berücksichtigt werden soll.
-
Nach außen ist der Schrägscheibenkörper 1 durch einen Bund 7 begrenzt,
der in eine entsprechende Nut der in der Zeichnung nicht mehr dargestellten hohlhalbzylindrischen
Lagerschale hineinragt und ein Verschieben in axialer Richtung verhindern soll.
-
In der Tragfläche 3 ist eine Ausnehmung 8 vorgesehen, die in in der
Zeichnung nicht mehr dargestellter Weise mit dem Hochdruckkanal der Axialkolbenmaschine
verbunden ist.
-
In diese Ausnehmung 8 ragt einerseits halbinselförmig eine zusätzliche
Stützfläche 9, die auf dem gleichen Radius liegt wie die Tragfläche 3 hinein. Ferner
sind innerhalb der Ausnehmung 8 zwei zusätzliche Stützflächen 10 vorgesehen, die
ebenfalls auf dem gleichen Radius liegen wie die LageRragfläche 3.
-
Der Schrägscheibenkörper 1 weist in der Mitte eine Durchbohrung 11
auf, die dazu vorgesehen ist, daß die Welle der Axialkolbenmaschine durch diese
hindurchragen kann.
-
Um gegenüber der Welle die Schwenkbewegung zu ermöglichen, ist in
Schwenkrichtung diese Durchbohrung durch Erweiterungen 12 trichterförmig erweitert.
-
In Figur 2 ist der Schrägscheibenkörper mit 21 bezeichnet.
-
Die Teile 2, 5, 7, 11 und 12 sind die Gleichen wie in Figur .1. Bei
der Ausgestaltungsform gesäß Figur 2 ist jedoch die Ausnehmung 28 derart gestaltet,
daß in dieser drei inselförmige Zusatzstützflächen vorgesehen sind, von denen die
beiden äußeren Zusatzstützflächen 20 gleichgroß sind und die mittlere Zusatzstützfläche
29 sich in Verschwenkrichtung etwas weiter erstreckt.
-
Steht die Ausnehmung 8 oder 28 unter Druck, so pflanzt sich dieser
vor die Stirnfläche der zusätzlichen Stützfläche 10,20, 29 fort, in der Druckwirkung
so als wäre diese zusätzliche Stützfläche nicht vorhanden. Ist jedoch die Ausnehmung
drucklos, liegt die zusätzliche Stützfläche 10, 20, 29 mit ihrer Stirnfläche gegen
die hohlhalbzylindrische Lagerschale an und vermindert die Flächenpressung.
-
Das ist eine besonders vorteilhafte Wirkung der innerhalb der Ausnehmung
angeordneten Stützflächen.
-
Zu Figur 1 ist zu bemerken, daß hier eine asymetrische Lösung dargestellt
ist, bei der auf der einen Seite des Schrägscheibenkörpers 1 halbinselförmige zusätzliche
Stützflächen 9-in die Ausnehmung 8 hineinragen, während auf der anderen Seite zusätzliche
Stützflächen 10 ganz von der Ausnehmung 8 umgeben sind. Das ist eine mögliche, aber
ungewöhnliche Lösung, in den meisten Anwendungsfällen wird man symmetrische Lösungen
wählen, entweder derart, daß auf beiden Seiten bezogen auf die Schwenkrichtung halbinselförmige
zusätzliche Stützflächen 9 in die Ausnehmung hereinragen oder daß wie in Figur 2
dargestellt auf beiden Seiten ganz von der Ausnehmung 8 bzw. 28 umschlossende zusätzliche
Stützflächen 10 bzw. 20 vorgesehen sind.
-
Die Größe der auf den Schrägscheibenkörper wirkenden Kraft wird durch
den auf die Kolben wirkenden Druck gegebenenfalls,die Kraft einer oder mehrer Andrückfedern
und gegebenenfalls die Kraft von Stellkolben bestimmt. Die Richtung dieser Kraft
bzw. Kräfte liegt fest. Bei Schwenken des Schrägscheibenkörpers schwenken die druckbeauflagter
Ausnehmungen mit, so daß die von der Druckflüssigkeit in diesen Ausnehmungen erzeugten
Kräfte ihre Richtung mit der Schwenklage des Schrägscheibenkörpers ändern.
-
Solange alle diese Ausnehmungen stets von der Gegenfläche bedeckt
bleiben, bleibt jedoch die Größe der in diesen Ausnehmungen erzeugten Kräfte gleich.
Wäre ein Teil der
Ausnehmungen nicht mehr bedeckt, müßte ein Abfließen der Druckflüssigkeit
aus diesem Teil verhindert werden.
-
Durch günstige Gestaltung der jeweiligen Anordnung kann jedoch eine
zweckmäßige Anpassung bei der jeweilig gegebenen Schwenklage gegebenen Kräfte erzielt
werden.
-
Das Wesentliche ist also folgendes: Um jede Druckpolsterausnehmung
herum bildet sich ein Druckfeld, wobei an der Kante der Ausnehmung der Druck gleich
dem Druck in der Ausnehmung ist, während am Rand der Fläche der Druck dem Umgebungsdruck
entspricht. Zwischen diesen beiden Punkten fällt der Druck von innen nach außen
linear ab. Um für die Berechnung eine konkrete Größe zu haben, wird die Fläche,
die die Ausnehmung umgibt, auch nach außen durch eine Kante begrenzt, wobei außerhalb
der Kante die Fläche weiter zurücktritt. Nur die Fläche zwischen der Kante der Ausnehmung
und dieser Außenkante liegt also im drucklosen Zustand gegen die gegenüberliegende
Lagerschale an.
-
Das Wesentliche der Erfindung ist, daß die Ausnehmung nicht nur von
einer solchen tragenden Stützfläche umgeben ist, sondern daß zur Vergrößerung der
Fläche eine auf gleichem Niveau wie die umgebende Fläche liegende Fläche entweder
in die Ausnehmung halbinselförmig hineinragt oder innerhalb der Ausnehmung ganz
von dieser umgeben und somit von der übrigen tragenden Fläche getrennt angeordnet
ist, derart, daß diese zusafizlichen Stützflächen im drucklosen Zustand die Auflagefläche
auf der Gegenfläche erhöhen.
-
- Leerseite -