DE4307165C2 - Hydraulische Kolbenmaschine mit Gegendruck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine insbe­ sondere eine Radialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des An­ spruches 1.

Solche Maschinen sind durch die DE-OS 39 19 456 bekannt. Diese Maschinen zeichnen sich durch eine kompakte und kostengünstige Bauweise sowie durch ihre Hochdruckfähigkeit aus. Bei derartigen Radialkolbenmaschinen übernehmen die Kolben die Verdränger- und Dichtfunktionen und leiten in der Regel über Rollen die auftre­ tenden Kräfte zur Drehmomentenerzeugung von der Hubscheibe an die Kolben weiter. Baut sich auf der Ablaufseite ein hydrauli­ scher Gegendruck auf beispielsweise, wenn Zu- und Ablauf einge­ spannt sind, z. B. von einem Regelventil oder wenn Hydromotore in Serie geschaltet sind, ergibt sich ein niedriger mechanischer Wirkungsgrad und vor allem ein niedriger Anfahrwirkungsgrad. Der Grund ist in der Blindleistung zu sehen. Die unter Gegendruck arbeitenden Kolben erzeugen diese Blindleistung und verschlech­ tern den Wirkungsgrad.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den bei Gegendruck auf­ tretenden niedrigen Wirkungsgrad der vorliegenden Kolbenmaschine anzuheben, damit insbesondere ein sicherer Anlauf bei in Serie geschalteten Kolbenmaschinen gewährleistet ist. Nach der Erfin­ dung wird dies mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Durch die Beaufschlagung des sich innerhalb der Hubscheibe befindlichen Gehäuseraumes mit dem Druck der abströmenden Arbeitsflüssigkeit sind die betreffenden Kolben druckausgeglichen und können somit keine das Anfahren er­ schwerende Blindleistung erzeugen.

Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe auch durch eine hydraulische Kolbenmaschine mit den Merkmalen des ne­ bengeordneten Anspruchs 2, gemäß dem der Gehäuseraum innerhalb des Hubrings von einem Fremddruck beaufschlagt ist. Dadurch wird zumindest teilweise ein Druckausgleich an den Kolben erzielt.

Zwar ist es aus der DE 39 21 790 A1 bereits bekannt, einen radial an einen Hubring einer Radialkolbenmaschine angrenzenden Gehäuseraum mit einem Druck zu beaufschlagen, der höher als Atmosphärendruck ist. Dadurch soll die Geräuschabstrahlung der Radialkolbenmaschine, deren Hubring zur Veränderung des Verdrän­ gungsvolumens innerhalb eines Gehäuses verstellbar ist, gering gehalten werden. Der sich radial innerhalb des Hubrings befind­ liche Gehäuseraum ist anders als bei einer erfindungsgemäßen Ra­ dialkolbenmaschine nicht mit dem Druck des abströmenden Druckme­ diums oder mit einem Fremddruck beaufschlagt, sondern über einen Leckölkanal der Radialkolbenmaschine mit einem Niederdruckbe­ reich, z. B. einem drucklosen Ölbehälter verbunden. Die erfin­ dungsgemäße Radialkolbenmaschine unterscheidet sich von der aus der DE 39 21 790 A1 vorbekannten Radialkolbenmaschine also nicht nur in der Art der Druckbeaufschlagung, sondern auch in der der jeweiligen Art der Druckbeaufschlagung zugrundeliegenden Proble­ matik.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird mit den Merkmalen des Anspruches 3 erreicht. Durch diese Merkmale ist sichergestellt, daß die auf das Gehäuse wirkenden Druck­ kräfte begrenzt werden und die Wellendichtung frei von Druck­ kräften bleibt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung sowie den Unteransprüchen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Radialkolben­ maschine,

Fig. 2 die linke Hälfte einen Schnitt nach der Linie IIa und die rechte Hälfte einen Schnitt nach der Linie IIb in Fig. 1 und

Fig. 3 ein Schaltschema einer aus zwei in Reihe geschalteten Kolbenmaschinen bestehende Antriebseinheit.

In Fig. 1 ist mit 1 die eine Gehäusehälfte und mit 2 die andere Gehäusehälfte bezeichnet. Zwischen den beiden Gehäusehälften ist die Hubscheibe 3 angeordnet. Mittels der Befestigungsschrauben sind die beiden Gehäusehälften mit Hubscheibe zu einer festen Einheit vereinigt. In der Gehäusehälfte 1 ist die Welle 5 mit­ tels des Kugellagers gelagert. Das gehäuseseitige Ende 8 der Welle ist als Vielkeilwelle ausgebildet und trägt den Rotor 10 der mit der Welle verdrehsicher verbunden ist. Der Rotor 10 ist als Zylinderblock ausgebildet und weist über seinen Um­ fang gleichmäßig verteilte Bohrungen 11 (Fig. 2) auf, die zur Aufnahme der Kolben 12 dienen. Die Kolben 12 sind in ihrem ra­ dial äußeren Bereich mit einer Ausnehmung zur Aufnahme einer Lagerschale 13 und zylindrischer Rolle 14 versehen. Die Rollen 14 stützen sich an der Kurvenbahn 17 der Hubscheibe 3 ab. Im ra­ dialen unteren Bereich des Kolbens weist dieser in einer umlau­ fenden Nut 12c einen Kolbenring 20 als Dichtelement auf. Die von den Bohrungen 11 gebildeten Kolbenräume stehen über axial ver­ laufende Bohrungen 21 mit ebenfalls axial verlaufenden Steuer­ bohrungen 22, 23 einer feststehenden in der Gehäusehälfte 2 un­ tergebrachten Steuerhülse 24 in Wirkverbindung. Die Steuerhülse 24 begrenzt umlaufende Steuerräume 25, 26, die mit nicht näher dargestellten Anschlüssen für die Druckmittelquelle und den Tank bzw. mit dem Anschluß einer in Reihe geschalteten weiteren Radi­ alkolbenmaschine in Verbindung stehen. Je nach Stellung der Kol­ benräume 11 zu den Steuerbohrungen 22, 23 werden diese entweder mit der Druckmittelquelle oder mit dem Tank bzw. dem Anschluß der weiteren Radialkolbenmaschine verbunden und damit ein Dreh­ moment auf den Rotor 10 erzeugt, der dieses über die Vielkeil­ verbindung auf die Antriebswelle bzw. Abtriebswelle 5 nach außen weiterleitet.

Der Gehäuseraum 30, der radial von der Hubscheibe 3 sowie den äußeren Gehäuseflächenabschnitten 1a, 2a begrenzt ist, ist ra­ dial nach innen auf der einen Stirnseite 10a des Rotors von ei­ nem eine Dichtfläche 31a aufweisenden gehäusefesten Abstützkör­ per 31 mit radial eingelassenem Dichtring 32 und auf der gegenüberliegenden Stirnfläche 10b von der axial verschieb­ bar ausgebildeten Steuerhülse 24 begrenzt. Die Dichtkraft ergibt sich aus dem Druck der Arbeitsflüssigkeit der auf die Ringflächen 25a, 26a der Steuerräume 25, 26 der Steuerhülse 24 wirkt und letztere an der Rotorstirnfläche 10b andrückt und wobei sich die gegen­ überliegende Rotorstirnfläche 10a gleichzeitig dichtend an der Dichtfläche 31a des Abstützkörpers 31 anlegt. Die radial innen­ liegenden Räume 33 und 34, die untereinander in Flüssigkeitsver­ bindung stehen, stehen mit einem im Gehäuseteil 2 vorgesehenen Leckölkanal in Verbindung. Die in den Räumen 33 und 34 auf­ tretende Leckölflüssigkeit wird über den Leckölkanal drucklos zum nicht dargestellten Tank zurückgeführt, so daß in diesen Räumen kein nennenswerter Überdruck auftreten kann und damit die Wellendichtung keinen erhöhten Druck unterliegt. Der engbe­ grenzte Gehäuseraum wird über eine Ventilanordnung 40 jeweils mit dem ausgangsseitig wirkenden Druck A oder B der Arbeitsflüs­ sigkeit beaufschlagt. Dadurch ist sichergestellt, daß die Kolben 12 während ihres Rückhubs druckausgeglichen sind und somit kei­ nem eine Blindleistung verursachenden Gegendruck ausgesetzt sind. Die Ventilanordnung ist als 3-Wegeventil ausgebildet, wo­ bei die Ansteuerkanäle 48a, 49a mit den umlaufenden Steuerräumen 25, 26 in Verbindung stehen. Der zum Gehäuseraum 30 führende Ka­ nal 43a weist einen Zweigkanal 43b auf, der in einen Druckraum 50 führt, in dem die Steuerhülse mit der Stirnfläche 24a vom in den Gehäuseraum übertragenen Druck zusätzlich in Richtung des Rotors 10 zu beaufschlagen ist. Der Druckraum 50 ist hülsen- und gehäuseseitig durch die Hülse 53 mit zwei Dichtringen 51 und 52 abgedichtet.

Werden gemäß Fig. 3 zwei Hydromotoren 41, 42 in Reihe geschal­ tet, ist sichergestellt, daß beide Motoren - gleiche Antriebsver­ hältnisse vorausgesetzt - der gleichen Druckdifferenz zwischen Ein- und Ausgang ausgesetzt sind. Ist beispielsweise zur Erzeu­ gung eines bestimmten Drehmoments eine an den Kolben wirkende Druckdifferenz von 100 bar erforderlich, wird in der einen Dreh­ richtung dem Hydromotor 41 die Arbeitsflüssigkeit mit einem Ar­ beitsdruck von 200 bar zugeführt. In dem mit dem Hydromotor 41 über die Arbeitsleitung 43 verbundenen Hydromotor 42 stellt sich ein Druck von 100 bar ein, wenn dessen Ausgang über die Leitung 44 mit dem unter Atmosphärendruck stehenden Tank in Verbindung steht. Die Ventileinrichtung 40 übermittelt den in der Arbeits­ leitung 43 herrschenden Arbeitsdruck dem Gehäuseraum 30 des Hy­ dromotors 41. Umgekehrt verhält es sich, wenn in umgekehrter Drehrichtung dem Hydromotor 42 über die Arbeitsleitung 44 die Arbeitsflüssigkeit mit unter 200 bar stehendem Druck zugeführt wird. In diesem Fall wird der Gehäuseraum des Hydromotors 42 über die Ventileinrichtung 40 mit dem in der Arbeitsleitung 43 herrschenden Druck beaufschlagt. Die in beiden Drehrichtungen betreibbare aus zwei Hydromotoren 41, 42 bestehende Antriebsein­ heit weist eine aus einem hydraulisch betätigbaren 4-Wegeventile 45 mit zwei Schaltstellungen a, b bestehende Ventileinrichtung 40 auf. In der Schaltstellung a des Wegeventils 45 ist der Ge­ häuseraum 30 des Hydromotors 41 mit der die beiden Hydromotoren verbindenden Arbeitsleitung 43 über die Leitungsabschnitte 43a, 46a verbunden und der Gehäuseraum 30 des Hydromotors 42 über den Leitungsabschnitt 46b mit dem Tank. In der Schaltstellung b des 4-Wegeventils 45 ist der Gehäuseraum 30 des Hydromotors 42 mit der Arbeitsleitung 43 verbunden und der Gehäuseraum des Hydromo­ tors 41 mit dem Tank. In der einen Drehrichtung, in der über die Arbeitsleitung 47 die Arbeitsflüssigkeit dem Hydromotor 41 zuge­ führt wird und vom Hydromotor 42 die Arbeitsflüssigkeit über die Arbeitsleitung 44 wieder zurück zum Tank strömt, schaltet das Ventil 45 durch Druckbeaufschlagung über die Steuerleitung 48 in die Schaltstellung a. In der anderen Drehrichtung, in der dem Hydromotor 42 die Arbeitsflüssigkeit über die Arbeitsleitung 44 zuströmt und vom Hydromotor 41 über die Arbeitsleitung 47 zum Tank zurückströmt, schaltet das Ventil 45 über die Steuerleitung 49 in die Schaltstellung b. Das Ventil 45 dient lediglich zur Druckübertragung und erfordert deshalb eine nur kleine Nennwei­ te, so daß es in einfacher Weise im Pumpengehäuse mit zugehöri­ gen Steuerkanälen integriert werden kann.

Wird die Antriebseinheit nur für eine Drehrichtung eingesetzt, kann selbstverständlich auf die Ventileinrichtung verzichtet werden. In diesem Fall wird der Gehäuseraum ohne Zwischenschal­ tung eines Ventils unmittelbar mit dem Ausgang des Hydromotors verbunden, und zwar durch einen im entsprechenden Gehäuseteil verlaufenden Kanal.

Claims (9)

1. Hydraulische Kolbenmaschine, insbesondere Radialkolben­ maschine, umfassend eine ringförmige gehäusefeste Hubscheibe (3), einen um eine Achse gegenüber der Hubscheibe (3) drehbar gelagerten, als Rotationskörper ausgebildeten Zylinderblock (10), in dem sich eine Vielzahl bezüglich der Rotationsachse des Zylinderblocks radial angeordnete Bohrungen (11) befinden, und im Innern der Bohrungen (11) verschiebbar gelagerte Kolben (12), von denen die Hubscheibe (3) unter der Wirkung eines hydrauli­ sches Druckes an einer Abstützfläche (17) beaufschlagbar ist, wobei die Hubscheibe (3) mit der Abstützfläche (17) einen Gehäu­ seraum (30) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuse­ raum (30) jeweils vom Druck des aus der Maschine abströmenden Mediums beaufschlagt ist.

2. Hydraulische Kolbenmaschine, insbesondere Radialkolben­ maschine, umfassend eine ringförmige gehäusefeste Hubscheibe (3), einen um eine Achse gegenüber der Hubscheibe (3) drehbar gelagerten, als Rotationskörper ausgebildeten Zylinderblock (10), in dem sich eine Vielzahl bezüglich der Rotationsachse des Zylinderblocks radial angeordnete Bohrungen (11) befinden, und im Innern der Bohrungen (11) verschiebbar gelagerte Kolben (12), von denen die Hubscheibe (3) unter der Wirkung eines hydrauli­ sches Druckes an einer Abstützfläche (17) beaufschlagbar ist, wobei die Hubscheibe (3) mit der Abstützfläche (17) einen Gehäu­ seraum (30) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehäuse­ raum (30) von einem Fremddruck beaufschlagt ist.

3. Kolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zylinderblock (10) auf seinen beiden Stirnseiten Dichtflächen (10a, 10b) zum Abdichten des von der Hubscheibe (3) mit der Abstützfläche (17) radial nach außen be­ grenzten Gehäuseraums (30) gegenüber einem inneren, wellenseiti­ gen Gehäuseraum (9, 33, 34) aufweist.

4. Kolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (10a, 10b) radial außerhalb von Steueröff­ nungen (21) für die Zu- und Abfuhr von Druckmittel zu und von den Kolben (12) liegen.

5. Kolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wellenseitige Gehäuseraum (9, 33, 34) mit einem Lecköl­ anschluß (36) in Verbindung steht.

6. Kolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide Arbeitsmittelanschlüsse über ein ent­ sperrbares Rückschlagventil mit dem von der Hubscheibe mit der Abstützfläche begrenzten Gehäuseraum in Verbindung stehen, wobei die Aufsteuerung der Rückschlagventile jeweils vom höheren Zu­ laufdruck erfolgt.

7. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die entsperrbaren Rückschlagventile von einem invertierten Wechselventil gebildet sind.

8. Kolbenmaschine nach den Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ventile mit zugehörigen Steuerkanälen in das Gehäuse integriert sind.

9. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbeaufschlagung des von der Hubscheibe (3) mit der Abstützfläche (17) begrenzten Gehäuserau­ mes (30) jeweils über ein vom Druck des zuströmenden Arbeitsmit­ tels gesteuerten 3-Wege-Kolbenventil erfolgt und in einer Schaltstellung des Kolbenventils der Gehäuseraum (30) jeweils vom Druck des abströmenden Arbeitsmittels beaufschlagt ist.