DE3724285C2 - Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauart mit umlaufender Zylindertrommel, in der konzentrisch zur Drehachse Zylinderbohrun­ gen mit an ihren Enden in Gleitschuhen gelagerten Kolben angeordnet sind, mit einer in einer Lagerschale gelagerten und zentrisch von der Welle der Zylindertrommel durch­ setzten Wiege, auf deren ebener Gleitfläche die Gleitschuhe entlang einer kreisförmi­ gen Gleitbahn gleiten und die im Bereich des Wiegenlagers zwei, durch die Welle der Zylindertrommel getrennte Lagerflächen aufweist, sowie mit einem System zur hydro­ statischen 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, wobei die Druckentlastungseinrichtungen des Wiegenlagers aus vier, auf Kreisbögen um die Kippachse der Wiege liegenden und miteinander nicht in Verbindung stehenden Nuten bestehen, von denen im Bereich jeder der beiden Lagerflächen jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind.

Bei den bekannten Axialkolbenmaschinen, bei denen die im Bereich des Wiegenlagers angeordneten Drucktaschen über Bohrungen in der Wiege mit Druck beaufschlagt werden, um eine Druckentlastung der Wiege und damit kleine Stellkräfte und große Stellgeschwindigkeiten zu bewirken, sind die Drucktaschen als verhältnismäßig kom­ plizierte Nutensysteme ausgebildet, wobei jedoch stets in jeder der beiden, durch die Welle der Zylindertrommel getrennten Lagerflächen, jeweils nur eine Drucktasche vor­ handen ist. Diese Drucktaschen weisen verschiedene und teilweise komplizierte For­ men 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 Axial­ kolbenmaschine druckseitig über Bohrungen in der Wiege abwechselnd unter Hoch­ druck oder unter Gehäusedruck je nach dem, ob diese Bohrungen im momentanen Betriebszustand in den Drucktaschen der Gleitschuhe oder neben diesen in das Ge­ häuse münden (DE-OS 21 01 078).

Aus der DE 34 02 634 A1 sind Axialkolbenmaschinen mit parallel zueinander angeord­ neten Nuten im Bereich des Wiegenlagers bekannt. Diese teilweise über Querbohrun­ gen miteinander verbundenen Nuten sind über aufwendige externe Leitungen an die Druckleitung der Axialkolbenmaschine angeschlossen.

Mit den beschriebenen bekannten Axialkolbenmaschinen gelingt es zwar, die Wiege auf der Druckseite bis zu einem gewissen Grad zu entlasten, doch sind die Entla­ stungskräfte stets pulsierend, für die belastete Lagerfläche jeweils nur eine wechseln­ dem 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 sind die bekannten Entlastungseinrichtungen insbesondere in speziellen Ausfüh­ rungsvarianten 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 Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauart zu entwickeln, das weitge­ hend konstante und drehzahlunabhängige Entlastungskräfte im Bereich des Wiegenla­ gers erzeugt und gleichzeitig konstruktiv möglichst einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einer Axialkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Bauart jede der Nuten des Wiegenlagers über eine eigene Bohrung in der Wiege mit den Drucktaschen der Gleitschuhe verbindbar ist. Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht somit beim Gegenstand der Erfindung die Druckentla­ stungseinrichtung für die Wiege aus in einfacher Weise herstellbaren Bohrungen und Nuten, von denen im Bereich jeder der beiden Lagerflächen der Wiege jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind. Der wesentliche Gedanke, der der Erfindung zu­ grundeliegt, besteht dabei darin, daß die beiden, jeweils im Bereich einer der beiden Lagerflächen angeordneten Nuten, unabhängig voneinander und damit auf der Druck­ seite des Wiegenlagers nacheinander über die Bohrungen mit Hochdruck beaufschlag­ bar sind. Hierdurch ergibt sich eine weitgehend konstante Druckentlastung, die unab­ hängig von der Drehzahl der Maschine ist und die die Gefahr von unerwünschten Schwingungen sicher ausschließt.

Die beschriebene Druckentlastungseinrichtung ist mit besonderem Vorteil so ausgestal­ tet, daß die Bohrungen die Wiege derart schräg durchsetzen, daß ihre Enden hinter­ einander 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 Ausführungsbeispieles 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 kreisabschnittsförmigen 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 gegenüberstehen, 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 Zylin­ dertrommel, in der konzentrisch zur Drehachse Zylinderbohrungen mit an ihren Enden in Gleitschuhen gelagerten Kolben angeordnet sind, mit einer in einer La­ gerschale gelagerten und zentrisch von der Welle der Zylindertrommel durchsetz­ ten Wiege, auf deren ebener Gleitfläche die Gleitschuhe entlang einer kreisförmi­ gen 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 Druckentlastungseinrichtungen im Bereich des Wiegenlagers, die über Bohrungen in der Wiege in Abhängigkeit von der mo­ mentanen Position der Gleitschuhe periodisch mit den Drucktaschen der Gleit­ schuhe in Verbindung stehen, wobei die Druckentlastungseinrichtungen des Wie­ genlagers 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 Lagerflächen (20, 21) jeweils zwei parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (16, 17, 18, 19) des Wiegenlagers über eine eigene Bohrung (22, 23, 24, 25) in der Wiege (11) mit den Drucktaschen (15) der Gleitschuhe (8) verbindbar ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Boh­ rungen (22, 23, 24, 25) die Wiege (1) 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 Boh­ rungen (22, 23, 24, 25) auf der Gleitbahn (10) der Gleitschuhe (8) in einem Ab­ stand zueinander enden, der größer ist als der auf der Gleitbahn (10) der Gleit­ schuhe (8) verlaufende innere Durchmesser der Drucktaschen (15) der Gleitschu­ he (8).

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