DE3724285A1 - Verstellbare axialkolbenmaschine in schraegscheibenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart mit umlaufender Zylindertrommel, in der konzentrisch zur Drehachse Zylinderbohrungen mit an ihren Enden in Gleitschuhen gelagerten Kolben angeord­ net sind, mit einer in einer Lagerschale gelagerten und zentrisch von der Welle der Zylindertrommel durchsetzten Wiege, auf deren ebener Gleitfläche die Gleitschuhe entlang einer kreisförmigen Gleitbahn gleiten und die im Bereich des Wiegenlagers zwei, durch die Welle der Zylindertrommel getrennte Lagerflächen aufweist, sowie mit einem System zur hydrostatischen Druckentlastung mit Drucktaschen in Form von Ausnehmungen in den Gleitschuhen, die über Bohrungen in den Kolben mit den Zylinderbohrungen in Verbindung stehen, und mit weiteren Druckentlastungsein­ richtungen im Bereich des Wiegenlagers, die über Bohrungen in der Wiege in Abhängigkeit von der momentanen Position der Gleitschuhe periodisch mit den Drucktaschen der Gleit­ schuhe in Verbindung stehen.

Bei bekannten Axialkolbenmaschinen dieser Bauart sind die im Bereich des Wiegenlagers angeordneten Drucktaschen, die eine Druckentlastung der Wiege und damit kleine Stell­ kräfte und große Stellgeschwindigkeiten bewirken sollen, als verhältnismäßig komplizierte Nutensysteme ausgebildet, wobei jedoch stets in jeder der beiden, durch die Welle der Zylindertrommel getrennten Lagerflächen, jeweils nur eine Drucktasche vorhanden ist. Diese Drucktaschen weisen verschiedene und teilweise komplizierte Formen auf und bestehen beispielsweise aus in sich geschlossenen Nuten in Form einer Acht oder, in einem anderen Fall, aus nach außen geschlossenen Abflachungen in der Krümmung der Wiege. Diese Drucktaschen stehen während des Betriebes der Axialkolbenmaschine druckseitig über Bohrungen in der Wiege abwechselnd unter Hochdruck oder unter Gehäuse­ druck je nach dem, ob diese Bohrungen im momentanen Betriebs­ zustand in den Drucktaschen der Gleitschuhe oder neben diesen in das Gehäuse münden (DE-OS 21 01 078).

Mit den beschriebenen bekannten Axialkolbenmaschinen gelingt es zwar, die Wiege auf der Druckseite bis zu einem gewissen Grad zu entlasten, doch sind die Entlastungs­ kräfte stets pulsierend, für die belastete Lagerfläche jeweils nur eine wechselndem Druck ausgesetzte Drucktasche zur Verfügung steht. Da die Frequenz der schwankenden Entlastungskräfte drehzahlabhängig ist, muß im Bereich bestimmter Frequenzen mit gefährlichen Schwingungen der Maschine gerechnet werden. Außerdem ist die bekannte Entlastungseinrichtung insbesondere in speziellen Aus­ führungsvarianten im Aufbau relativ kompliziert und deshalb in der Herstellung aufwendig und teuer.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Druckentlastungssystem für die Wiege bei Axialkolben­ maschinen in Schrägscheibenbauart zu entwickeln, das weitgehend konstante und drehzahlunabhängige Entlastungs­ kräfte im Bereich des Wiegenlagers erzeugt und gleichzeitig konstruktiv möglichst einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Axialkolben­ maschine der eingangs beschriebenen Bauart die Druckent­ lastungseinrichtungen des Wiegenlagers aus vier, auf Kreis­ bögen um die Kippachse der Wiege liegenden und miteinander nicht in Verbindung stehenden Nuten bestehen, von denen im Bereich jeder der beiden Lagerflächen des Wiegenlagers jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind. Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht somit beim Gegen­ stand der Erfindung die Druckentlastungseinrichtung für die Wiege aus in einfacher Weise herstellbaren Nuten, von denen im Bereich jeder der beiden Lagerflächen der Wiege jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind. Diese Anordnung ist hierbei so getroffen, daß die Nuten auf Kreisen um die Kippachse der Wiege liegen und sich somit mit Bezug auf die Stellung der Kolben in den Zylinderbohrungen im mittleren Bereich des Hubweges der Kolben befinden. Der wesentliche Gedanke der der Erfindung zugrundeliegt, besteht dabei darin, daß die beiden, jeweils im Bereich einer der beiden Lagerflächen angeordneten Nuten, unabhängig voneinander und damit auf der Druckseite des Wiegenlagers nacheinander mit Hochdruck beaufschlagbar sind. Hierdurch ergibt sich eine weitgehend konstante Druckentlastung, die unabhängig von der Drehzahl der Maschine ist und die die Gefahr von unerwünschten Schwingungen sicher ausschließt.

Die beschriebene Druckentlastungseinrichtung ist mit besonderem Vorteil so ausgestaltet, daß jede der Nuten des Wiegenlagers über eine einzige Bohrung in der Wiege mit den Drucktaschen der Gleitschuhe verbindbar ist und die Bohrungen die Wiege derart schräg durchsetzen, daß ihre Enden hintereinander auf der Gleitbahn der Gleitschuhe liegen, wobei jeweils die beiden, einer der beiden Lager­ flächen der Wiege zugeordneten Bohrungen auf der Gleitbahn der Gleitschuhe in einem Abstand zueinander enden, der größer ist als der auf der Gleitbahn der Gleitschuhe verlaufende innere Durchmesser der Drucktaschen der Gleitschuhe.

Hierbei wird der genannte Abstand der Mündungen der Bohrungen auf der Gleitbahn der Gleitschuhe in Abhängig­ keit vom äußeren Durchmesser der Gleitschuhe und vom inneren Durchmesser der Drucktaschen in den Gleitschuhen, sowie vom Abstand der Gleitschuhe untereinander so gewählt, daß stets eine der beiden Nuten der Druckseite des Wiegen­ lagers unter Hochdruck steht, während die andere gerade mit dem Gehäuseinneren verbunden ist und gleichzeitig der Übergang von dem einen zum anderen Zustand so schnell wie möglich erfolgt.

Die die Druckentlastungseinrichtung bildenden Nuten im Bereich des Wiegenlagers sind aus Herstellungsgründen mit Vorteil in die Lagerschale des Wiegenlagers eingearbeitet. Sie können jedoch auch in die Wiege selbst eingearbeitet sein.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbei­ spieles beschrieben.

Hierbei zeigen die Fig. 1 und 2 zwei im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehende Schnitte durch eine er­ findungsgemäße Axialkolbenmaschine, die Fig. 3 und 4 schematische Erläuterungen zu Einzelheiten der Fig. 1 und 2 und die Fig. 5 die Wirkung der erfindungsgemäßen Druckentlastung.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine gemäß den Fig. 1 und 2 besitzt ein Gehäuse 1, in dem eine Zylindertrommel 2 über eine mit ihr fest verbundene Welle 3 und über Rollen­ lager 4 drehbar gelagert ist. In der Zylindertrommel 2 sind konzentrisch zur Welle 3 Zylinderbohrungen 5 angeord­ net, in denen Kolben 6 gleiten. Die Kolben 6 besitzen kugelförmige Endteile 7, die in entsprechenden Ausnehmungen in Gleitschuhen 8 gelagert sind. Die Gleitschuhe 8 werden von Niederhaltern 9 auf die Gleitfläche 10 einer Wiege 11 gepresst, die in einer Lagerschale 12 kippbar gelagert ist. Die Lagerschale 12 besteht aus bekannten Lagerwerk­ stoffen, zum Beispiel aus badnitriertem perlitischem Sphäroguß. Die Wiege 11 hat einen kreisabschnittförmigen Querschnitt und ist im Bereich ihrer beiden, an die Lager schale 12 anliegenden und durch die Welle 3 getrennten Lagerflächen 20, 21 zylinderförmig ausgebildet. Die Be­ tätigung der Wiege 11 erfolgt über Stellstangen 13, die mit der Wiege 11 gelenkig verbunden sind.

Von den Zylinderbohrungen 5 führen die Kolben 6 und die Gleitschuhe 8 durchsetzende Bohrungen 14 zu Drucktaschen 15 in den Gleitschuhen 8. In der Lagerschale 12 sind insge­ samt vier Nuten 16, 17, 18, 19 eingearbeitet, die parallel zueinander jeweils auf einer Kreislinie um die Kippachse der Wiege 11 paarweise angeordnet sind. Wie aus der Fig. 3, die schematisch das Innere der Lagerschale 12 andeutet, zu ersehen ist, sind hierbei im Bereich jeder der beiden, durch die Welle 3 getrennten Lagerflächen 20, 21 der Wiege 11 jeweils zwei Nuten so angeordnet, daß sie denjenigen Bereichen in der Gleitbahn 10 der Wiege 11 gegen­ überstehen, in denen sich die Kolben 6 im mittleren Teil ihres Hubweges befinden. Jede der Nuten 16, 17, 18, 19 ist über eine die Wiege 11 schräg durchsetzende Bohrung 22, 23, 24, 25 derart mit der Gleitbahn 10 der Wiege 11 ver­ bunden, daß die Enden der Bohrungen 22, 23, 24, 25 auf einem Kreis um die Welle 3 liegen, der bei Betrieb der Axialkolbenmaschine von den Gleitschuhen 8 im Bereich der Drucktaschen 11 überfahren wird. Wie in Fig. 4 schematisch angedeutet ist, ist der Abstand der Enden der Bohrungen 22, 23, 24, 25, auf der Kreislinie auf der Gleitbahn 8 dabei größer als der auf derselben Kreis­ linie liegende innere Durchmesser der Drucktaschen 15 der Gleitschuhe 8 und in Abstimmung mit dem Durchmesser der Drucktaschen 15 und dem Abstand der Gleitschuhe 8 untereinander so gewählt, daß bei Betrieb der Axialkolben­ maschine näherungsweise stets eine der beiden Nuten jedes Nutenpaares 16, 17 bzw. 18, 19 über jeweils eine Bohrung des zugehörigen Bohrungenpaares 22, 23 bzw. 24, 25 mit einer Drucktasche 15 eines Gleitschuhes 8 und die andere der beiden Nuten desselben Nutenpaares über die andere Bohrung des zugehörigen Bohrungenpaares mit dem Inneren des Gehäuses 1 in Verbindung stehen.

Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine, die sowohl eine Axialkolbenpumpe als auch ein Axialkolben­ motor in geschlossenem oder offenem Kreis sein kann, ergibt sich auf der Druckseite der Wiege eine nahezu konstante und drehzahlunabhängige Druckentlastung, wie sie schematisch in der Fig. 5 angedeutet ist. Die Konstanz der dort auf der Ordinate angegebenen Entlastungskraft wird lediglich durch minimale Absenkungen beim Übergang der Druckbeaufschlagung von einer der beiden Nuten des entsprechenden Nutenpaares zur anderen unterbrochen, die im Betrieb nicht spürbar sind.

Claims (3)

1. Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart mit umlaufender Zylindertrommel, in der konzentrisch zur Drehachse Zylinderbohrungen mit an ihren Enden in Gleitschuhen gelagerten Kolben angeordnet sind, mit einer in einer Lagerschale gelagerten und zentrisch von der Welle der Zylindertrommel durchsetzten Wiege, auf deren ebener Gleitfläche die Gleitschuhe entlang einer kreisförmigen Gleitbahn gleiten und die im Bereich des Wiegenlagers zwei, durch die Welle der Zylinder­ trommel getrennte Lagerflächen aufweist, sowie mit einem System zur hydrostatischen Druckentlastung mit Drucktaschen in Form von Ausnehmungen in den Gleit­ schuhen, die über Bohrungen in den Kolben mit den Zylinderbohrungen in Verbindung stehen, und mit weiteren Druckentlastungseinrichtungen im Bereich des Wiegenlagers, die über Bohrungen in der Wiege in Abhängigkeit von der momentanen Position der Gleitschuhe periodisch mit den Drucktaschen der Gleitschuhe in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckentlastungs­ einrichtungen des Wiegenlagers aus vier, auf Kreisbögen um die Kippachse der Wiege (11) liegenden und miteinander nicht in Verbindung stehenden Nuten (16, 17, 18, 19) bestehen, von denen im Bereich jeder der beiden Lager­ flächen (20, 21) jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß jede der Nuten (16, 17, 18, 19) des Wiegenlagers über eine einzige Bohrung (22, 23, 24, 25) in der Wiege (11) mit den Drucktaschen (15) der Gleitschuhe (8) verbindbar ist und die Bohrungen (16, 17, 18, 19) die Wiege (11) derart schräg durchsetzen, daß ihre Enden hintereinander auf der Gleitbahn (10) der Gleitschuhe (8) liegen, wobei jeweils die beiden, einer der beiden Lagerflächen (20, 21) der Wiege (11) zugeordneten Bohrungen (16, 17, 18, 19) auf der Gleitbahn (10) der Gleitschuhe (8) in einem Abstand zueinander enden, der größer ist als der auf der Gleitbahn (10) der Gleitschuhe (8) verlaufende innere Durchmesser der Drucktaschen (15) der Gleitschuhe (8).

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (16, 17, 18, 19) des Wiegenlagers in die Lagerschale (12) eingearbeitet sind.