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Die vorliegende Erfindung betrifft Axialkolbenfluideinrichtungen
und im besonderen Einrichtungen zur Schmierung von Lagern in
solchen Fluideinrichtungen.
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Axialkolbenpumpen und -motoren umfassen für gewöhnlich eine
drehbare Zylindertrommel, die mit einer Welle verbunden ist sowie
mit einer Mehrzahl von Kolben, deren Enden sich gegen eine
schräge Oberfläche bewegen, so daß Fluid in die Zylinder gesaugt
wird, wenn die Kolben ausgefahren sind, und wobei Fluid aus den
Zylindern gedrückt wird, wenn die Kolben eingezogen werden. Die
Zylindertrommeln lagern für gewöhnlich innerhalb dem
Innendurchmesser eines großen Trommellagers, das in dem Hohlraum
der Pumpe bzw. des Motorgehäuses angebracht ist. Zur Zeit handelt
es sich bei diesen Trommellagern normalerweise um einfache
Gleitlager mit einem Gleitüberzug auf dem Innendurchmesser des
Lagers. Die Welle, an der die Zylindertrommel angebracht ist,
wird normalerweise an einem Ende des Gehäuses in einem Kugellager
und an dem anderen Ende des Gehäuses in einem Gleitlager bzw.
einer Laufbuchse gelagert.
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Eine Leckage aus der Rotationsanordnung führt dazu, daß sich
Fluid in dem Hohlraum des Gehäuses ansammelt. Dieses Fluid wird
normalerweise zur Schmierung der beweglichen Teile verwendet,
einschließlich der Lager, wie etwa des Trommellagers. Wenn
entlang der Breite der Lager bzw. Laufbuchsen kein
Druckunterschied auftritt, ist nicht gewährleistet, daß die
eingreifenden, sich drehenden Oberflächen tatsächlich geschmiert
werden.
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In dem U.S. Patent US-A-3.893.375 ist eine Kolbenpumpe des
Axialverschiebungstyps offenbart, die ein Gehäuse umfaßt, das
eine Drehtrommel mit winkelig beabstandeten Bohrungen aufweist,
die sich parallel zu der Rotationsachse erstrecken. Die Pumpe
umfaßt eine Welle, die drehbar in einem Kugellager gelagert ist.
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In EP-A-0.241.898 ist eine weitere
Axialkolbenfluidverdrängungsvorrichtung offenbart, wobei dieses
Patent den vorkennzeichnenden Teil des gegenständlichen Anspruchs
1 bildet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, eine
verbesserte Schmierung von Gleitlagern in Axialkolbenpumpen- und
-motoren vorzusehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde,
einen Mechanismus zur Schmierung der Wellenlaufbuchse einer
Axialkolbenfluideinrichtung dadurch vorzusehen, daß die durch die
sich drehende Anordnung erzeugte Zentrifugalkraft dazu verwendet
wird, den Zwischenraum zwischen der Zylindertrornmel und der Welle
zu entleeren, wobei ein Niederdruckbereich erzeugt wird, in den
das Hohlraumausflußfluid zu strömen neigt. Das
Hohlraumausflußfluid wird dann so geleitet, daß es durch die
Wellenlaufbuchse fließt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die zusätzliche Aufgabe
zugrunde, einen Mechanismus zur Schmierung des Trommellagers
einer Axialkolbenfluideinrichtung vorzusehen, selbst wenn entlang
der axialen Breite des Lagers kein Druckunterschied auftritt.
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Verdrängungseinrichtung zur
Schmierung der Wellenlaufbuchse vor, sowie ein Mittel zur
Gewährleistung der Schmierung der Berührungsflächen des
Trommellagers und der Zylindertrommel, selbst wenn axial entlang
der Breite des Trommellagers kein Druckunterschied auftritt.
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Vorgesehen ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung eine Axialkolbenfluideinrichtung in Übereinstimmung mit
dem gegenständlichen Anspruch 1.
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Die Erfindung umfaßt Verbesserungen einer
Axialkolbenfluideinrichtung mit einem Gehäuse mit einem zentralen
Hohlraum und einem Ventilplattenende, mit einer Welle, die neben
ihrem inneren Ende in einer Laufbuchse lagert, die in einer
Bohrung in dem Ventilplattenende angebracht ist, und mit einer
Zylindertrommel, welche die Welle umgibt und die sich in dem
Hohlraum mit der Welle und gegen das Ventilplattenende drehen
kann. Die Erfindung verwendet eine Laufbuchse, die zwischen ihren
Enden einen Schlitz aufweist, und die Ventilplattenbohrung weist
sich axial erstreckende Aussparungen auf, die zu dem Schlitz der
Laufbuchse hin und von diesem weg führen. Die Zylindertrommel und
das Ventilplattenende weisen eine Reihe von Fluiddurchgängen auf,
die von dem Hohlraum zu der Bohrung, von den Aussparungen zu dem
Zwischenraum zwischen der Zylindertrommel und der Welle und dann
zurück zu dem Hohlraum führen.
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In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei einem
der Durchgänge um einen radialen Durchgang von dem Zwischenraum
zwischen der Zylindertrommel und der Welle zu dem Hohlraum. Eine
Rotation der Zylindertrommel bewirkt, daß Fluid durch die
Zentrifugalkraft aus diesem Zwischenraum heraus durch den
Durchgang in der Zylindertrommel in den Hohlraum gepumpt wird.
Das dadurch erzeugte leichte Druckgefälle, durch ein Druckgefälle
aufgrund der Tiefe des Fluids in dem Hohlraum bzw. einem
Druckabfall in der Abflußleitung des Hohlraums, wird dazu
verwendet, Fluid durch die Durchgänge in dem Ventilplattenende zu
leiten, wobei diese Durchgänge zu einem Behälter führen, der das
innere Ende der Welle umgibt. Der Behälter ist mit der Bohrung
verbunden sowie mit den Aussparungen in der Bohrung. Die Rotation
der Zylindertrommel erzeugt ein zentrifugales Pumpen, das dazu
neigt, den Zwischenraum zwischen der Welle und der
Zylindertrommel zu entleeren, so daß in diesem Zwischenraum ein
Niederdruckbereich erzeugt wird. Das Fluid aus dem Hohlraum, das
einen höheren Druckzustand aufweist, neigt dann dazu, durch die
Wellenlaufbuchse in diesen Niederdruckbereich zu fliessen. Auf
diese Art und Weise zirkuliert Fluid unter Druck zu dem
Innendurchmesser der Laufbuchse, um die Berührungsflächen der
Laufbuchse und der Welle zu schmieren.
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung
werden aus der folgenden genauen Beschreibung deutlich. In der
Beschreibung wird bezug auf die Zeichnungen genommen, in denen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht
ist. Es zeigen:
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Figur 1 vertikale Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße
verstellbare Axialkolbenpumpe;
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Figur 2 eine vergrößerte Schnittansicht in der Ebene der der
Linie 2-2 aus Figur 1;
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Figur 3 eine bruchstückartige, auseinandergezogene Ansicht
zusammenwirkender Teilstücke der Wellenlaufbuchse und der Bohrung
für die Wellenlaufbuchse; und
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Figur 4 eine vergrößerte bruchstückartige Ansicht des
Laufbuchsenteilstücks der Zylindertrommel.
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In bezug auf Figur 1 ist die Verwirklichung der Erfindung in
einer verstellbaren Axialkolbenpumpe dargestellt. Die Pumpe weist
ein Gußgehäuse 9 mit einem hohlen Inneren auf, das einen Hohlraum
10 definiert. Das Gehäuse 9 umfaßt ein Kronenteilstück 11, das
einen Regelkolben aufweist, der nachstehend genauer beschrieben
wird. Das offene Ende des Gehäuses 9 ist durch eine Ventilplatte
12 verschlossen, die auf das Gehäuse geschraubt ist. Eine
Antriebswelle 13 ist in einem Kugellager 14 angebracht, das an
dem Wellenende der Pumpe in dem Gehäuse lagert. Das innere Ende
der Welle 13 lagert in einem Gleitlager bzw. einer Laufbuchse 15,
die in einer Bohrung 16 in der Ventilplatte 12 angebracht ist.
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Die Antriebswelle 13 umfaßt Keilwellennuten 17, die mit
zusammenpassenden Keilnuten 18 an dem Inneren einer
Zylindertrommel 19 eingreifen. Die Zylindertrommel 19 umfaßt eine
Mehrzahl von Zylinderbohrungen 20, in denen jeweils einen Kolben
21 lagern, dessen Ende als Kugel 22 gestaltet ist. Um die Kugeln
22 werden Kolbenschuhe 23 gedrückt, die gegen eine ebene Fläche
24 eines beweglichen Taumelblocks 25 arbeiten. Die Reihe der
Kolbenschuhe 23 ist in einer Schuhhalteplatte 28 angebracht, die
eine sphärische zentrale Öffnung aufweist, die mit einer
sphärischen Hebelstütze 29 zusammenpaßt. Die sphärische
Hebelstütze 29 wird durch eine Mehrzahl von Federn 30, die in dem
Wellenende der Zylindertrommel 19 angebracht sind, axial zu dem
Taumelblock 25 gedrückt. Die Federn 30 drücken die sphärische
Hebelstütze 29 und die Schuhhalteplatte 28 axial zu dem
Taumelblock 25, so daß die Schuhe 23 an der ebenen Fläche 24 des
Taumelblocks 25 gehalten werden. Die Federn 30 drücken ferner das
Ventilsitzflächenende der Zylindertrommel 19 an die Ventilplatte
12, um die Unterseiten der Zylinderbohrungen 20 funktionsfähig
mit den Einlaß- und Auslaßanschlüssen in der Ventilplatte 12 zu
verbinden.
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Die Rückseite des Taumelblocks 25 weist kreisförmige,
zylinderförmige Lagerflächen 31 auf, die in Lagerausgüssen 32
sitzen, die wiederum gegen die gekrümmten Lagerflächen eines
Sattels 33 gehalten werden. Die entgegengesetzte Seite des
Sattels 33 ist in einer Senkung 34 in einer Stirnwand des
Gehäuses 9 angebracht, und ein Bolzen 35 sperrt den Sattel 33
gegen eine radiale Bewegung bzw. eine Drehbewegung.
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Die Zylindertrommel 19 umfaßt ein vorstehendes
Laufbuchsenteilstück 37, das in einem Zylindertrommellager 38
lagert, das in dem Gehäuse 9 angebracht ist und das sich zwischen
einem Ansatz 39 und einem Sprengring 40 befindet. Das
Trommellager 38 ist von bekannter Konstruktion, mit einem
Stahlring, dessen Innendurchmesser mit einem friktionsarmen
Werkstoff, wie etwa Polytetrafluorid, beschichtet ist.
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Die Position des Taumelblocks 25 in dem Sattel 33 ist
veränderlich, so daß die Neigung der Fläche 24 des Taumelblocks
25 von einer Position, an der sie senkrecht zu der Achse der
Welle 13 ist, an eine Position eingestellt werden kann, an der
sie zu der Achse der Welle geneigt ist. Auf bekannte Art und
Weise bestimmt der Neigungsgrad die Länge der Hübe des Kolbens
21, wenn die Zylindertrommel 19 durch die Welle 13 gedreht wird,
so daß das Volumen des gepumpten Fluids verändert werden kann.
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Die Regelungseinrichtung zur Positionsveränderung des
Taumelblocks ist in dem Gehäuse 9 in der Krone 11 angebracht. Im
besonderen befindet sich ein Regelkolben 45 in einer Laufbuchse
46, die wiederum durch eine Kolbenabdeckung 47 verschlossen ist.
Ein Ende des Regelkolbens 45 ist durch einen Bolzen 48 mit einem
Verbindungsglied 49 verbunden, das wiederum durch einen Bolzen 50
mit einem Arm 51 verbunden ist, der von einer Seite des
Taumelblocks 25 vorsteht. In dem hohlen Inneren des Regelkolbens
45 sitzt eine Vorspannfeder 54, die dabei an einer Stirnwand der
Kolbenabdeckung 47 lagert. Die Feder 54 drückt den Regelkolben 45
gemäß der Darstellung in Figur 1 normalerweise nach rechts, so
daß der Taumelblock 25 eine Position des maximalen Hubs annimmt,
wie dies in Figur 1 dargestellt ist.
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Der Regelkolben 45 kann gemäß der Darstellung in Figur 1 durch
Einführung eines Hydraulikfluids durch einen Einlaß 55 in ein
Regeldruckvolumen 56, wo ein größerer Durchmesser des
Regelkolbens 45 und ein größerer Durchmesser in der Laufbuchse 46
zusammenwirken, um den Regelkolben 45 gegen den Druck der Feder
54 zu bewegen, nach links bewegt werden, so daß der Taumelblock
25 an eine neutrale Position bewegt wird. Bei der Rückführung des
Kolbens 45 an eine Position, an der die Taumeblocksitzfläche 24
geneigt ist, wird die Feder 54 durch den Druck des
Hydraulikfluids unterstützt, das durch einen anderen Einlaß 57 in
ein Druckvolumen 58 eingeführt wird, das durch einen geringfügig
verringerten Durchmesser des Kolbens 45 auf den Kolben 45
einwirkt. Der Zwischenraum zwischen dem Ende des Kolbens 45 und
dem Ende der Kolbenabdeckung 47 ist mit einem Abfluß verbunden,
so daß sich in diesem Zwischenraum kein Druck aufbaut.
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Der maximale und der minimale Hub des Regelkolbens 45 werden
durch verstellbare Anschlageinrichtungen eingestellt. Für den
minimalen Hub wird ein Anschlagbolzen 60 durch einen
Gewindezapfen 61 manuell so positioniert, daß dessen Ende mit dem
entsprechenden Ende des Kolbens 45 eingreift. Für einen maximalen
Hub kann ein ähnlicher Anschlagbolzen 62 durch einen
Gewindezapfen 63 so positioniert werden, daß dessen Ende mit der
Seite eines Paßstifts 64 eingreift, der sich seitlich von dem
Kolben 45 erstreckt.
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Bis zu diesem Punkt wurden Elemente und Merkmale beschrieben, die
bei bekannten verstellbaren Axialkolbenpumpen üblich sind. Bei
diesen bekannten Pumpen sieht die Leckage von Hydraulikfluid, das
von um die Kolben 20 herum gepumpt wird, in dem Hohlraum 10 einen
Fluidvorrat vor, der dazu verwendet wird, die Rotations- und
Gleitflächen zu schmieren. Dabei kann es jedoch vorkommen, daß
eine Reihe von Oberflächen durch das normalerweise in den
Hohlraum fließende Hydraulikfluid nur unzureichend geschmiert
werden. In bezug auf die Gleitlager, wie etwa die
Wellenlaufbuchse 15 und das Trommellager 38, können sich
besondere Probleme ergeben.
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In bezug auf die Schmierung der Wellenlaufbuchse 15 verwendet die
vorliegende Erfindung die auf das Fluid in dem Gehäuse ausgeübte
Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Rotationsanordnung
durch die Welle verursacht wird, in Verbindung mit einer
einzigartigen Form der Wellenlaufbuchse 15 und deren Bohrung 16
in der Ventilplatte, so daß eine zweckmäßige Verteilung des
Schmiermittels über die Oberflächen der Laufbuchse gewährleistet
wird. In bezug auf die Figuren 2 und 3 umfaßt die Ventilplatte 12
eine Tasche 70, in die das Ende der Welle 13 vorsteht. Diese
Tasche ist durch eine Deckplatte 71 verschlossen. Die Tasche 70
dient als Fluidbehälter zur Schmierung der Laufbuchse 15. Das
Fluid wird dem Behälter 70 mit einem geringfügigen Druckgefälle
von dem Hohlraum 10, der die Zylindertrommel 19 umgibt,
zugeführt. Wie dies in Figur 2 dargestellt ist, ist der Hohlraum
10 durch einen axialen Durchgang 73 und einen radialen Durchgang
74, die beide in der Ventilplatte 12 ausgebildet sind, mit dem
Behälter 70 verbunden. Der Hohlraum 10 ist wiederum durch einen
radialen Durchgang 75 in der Zylindertrommel 19 mit dem
Zwischenraum 76 zwischen dem Innendurchmesser 77 der
Zylindertrommel 19 und dem Außendurchmesser der Welle verbunden.
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Die Laufbuchse 15 ist mit einem Paar verlängerter, genau
entgegengesetzter Schlitze 80 versehen, die sich entlang der
Achse der Laufbuchse erstrecken. Die Oberfläche der
Laufbuchsenbohrung 16 in der Ventilplatte 12 ist mit genau
entgegengesetzten, sich axial erstreckenden Aussparungen 82 und
83 versehen, die entsprechend von dem Behälter 70 zu der
Laufbuchse 80 und von dem Laufbuchsenschlitz 80 zu dem
Zwischenraum 76 zwischen der Zylindertrommel 19 und der Welle 13
führen.
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Wenn die Zylindertrommel 19 durch die Welle 13 gedreht wird,
bewirkt die Zentrifugalkraft, daß das Hydraulikfluid in dem
Zwischenraum 76 zwischen der Welle und der Zylindertrommel aus
dem radialen Durchgang 75 in der Zylindertrommel und in den
Hohlraum 10 gepumpt wird, wodurch in dem Zwischenraum 76 ein
Niederdruckbereich erzeugt wird. Der Hohlraum 10 weist im
Verhältnis zu dem Zwischenraum 76 ein leichtes Druckgefälle von
etwa 1 bis 2 psi auf. Das geringe Druckgefälle bewirkt, daß Fluid
durch die Durchgänge 73 und 74 in der Ventilplatte 12 zu dem
Behälter 70 geleitet wird. Das Fluid in dem Behälter 70 wird
aufgrund des geringen Druckgefälles zwischen dem Behälter 70 und
dem Zwischenraum 76 in den Zwischenraum 76 zwischen der
Zylindertrommel 19 und der Welle 13 gesaugt. Wenn das Fluid aus
dem Behälter 70 in den Zwischenraum 76 gesaugt wird, fließt es
durch die Aussparungen 82, die Laufbuchsenschlitze 80 und die
Aussparungen 83. Dadurch wird der Innendurchmesser der Laufbuchse
15 geschmiert, während sich die Welle 13 in der Laufbuchse dreht.
Das Fluid wird nicht nur an ein Ende der Laufbuchse geleitet,
sondern auch in einen Bereich neben der Längsachse der
Laufbuchse, so daß in dem gesamten Innendurchmesser der
Laufbuchse 15 ein Schmiermittelfilm erzeugt wird. Das Fluid
zirkuliert gemäß der Darstellung durch die Pfeile aus Figur 2
solange weiter, solange sich die Pumpe im Betrieb befindet.
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Für eine Rotation der Welle im Uhrzeigersinn oder gegen den
Uhrzeigersinn bzw. für einen Zweirichtungsbetrieb, sind zwei
Schlitze 80 erforderlich. Der Grund dafür liegt in der Tatsache,
daß die Welle 13 während dem Betrieb durch Hubkräfte verschoben
wird, so daß zwischen einer Seite der Welle und der Laufbuchse
ein Zwischenraum existiert, und wobei sich gegenüber dem
Zwischenraum immer ein Schlitz 80 befinden muß.
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Das Vorhandensein der Krone 11 in dem Gehäuse 10 zur Anbringung
der Regelungseinrichtung für den Taumelblock 25 ist der Grund
dafür, daß zwischen der Ventilplattenseite und der Seite des
Wellenendes des Trommellagers 38 kein Druckunterschied existiert.
Somit wird das Fluid nicht axial zwischen zwischen die Oberfläche
des Trommellagers 38 und die Berührungsfläche des
Zylinderlaufbuchsenteilstücks 37 gedrückt. An der Innenseite des
Laufbuchsenteilstücks 37 der Zylindertrommel 19 ist zur
Schmierung dieser Berührungsflächen eine kreisförmige Rille 90
ausgebildet (siehe Figur 4). In der kreisförmigen Rille 90 wird
das Fluid gesammelt, das an den Kolben 21 vorbei fließt. Das in
der Rille 90 angesammelte Fluid wird durch die Zentrifugalkraft
durch eine Mehrzahl radialer Durchgänge 92 geleitet, die durch
das Laufbuchsenteilstück 37 und zu dem Außendurchmesser des
Laufbuchsenteilstücks 37 sowie zu dem zusammenpassenden
Innendurchmesser des Trommellagers 38 führen. Der
Innendurchmesser des Trommellagers 38 ist auf bekannte Art und
Weise mit axialen Aussparungen versehen. Durch diese Anordnung
wird kontinuierlich Fluid an die Berührungsflächen des
Trommellagers und der Zylindertrommel sowie an die axialen
Aussparungen geleitet.
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Die Erfindung wurde zwar in bezug auf eine Verstellpumpe
beschrieben, jedoch kann sie ebenso in Verbindung mit einem
Verstellmotor oder mit einer festen Pumpe bzw. mit einem festen
Motor verwendet werden.