-
Schiefscheibentriebwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein Schiefscheibentriebwerk
für hydrostatische Kolbenmaschinen, bei welchem die Pleuel in der Schiefscheibe
und im Kolben über Kugelköpfe gelagert sind.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, sämtliche bei Schiefscheibentriebwerken
der genannten Art vorhandenen Lager- bzw. Gleitstellen hydraulisch zu entlasten
und dadurch die Lagerschwierigkeiten, welche bisher einer Steigerung der Leistung
und Lebensdauer sowie einer Gewichtsverminderung der Maschine hinderlich waren,
mit Mitteln zu beseitigen, welche zuverlässig wirken und keinen besonderen Mehraufwand
an Herstellungskosten verursachen.
-
Ein wesentlicher Anteil der bei Schiefscheibentriebwerken bestehenden
Lagerprobleme entfällt auf die Ausbildung der Pleuelanlenkungen in der Schiefscheibe
bzw. in den Kolben. In diesem Zusammenhang sind Ausführungen bekanntgeworden, bei
welchen Kolbenstange und Kugelköpfe eine axiale Durch-Bohrung aufweisen, welche
einerseits in den Druckraum des Zylinders und andererseits in einen durch Abflachung
der Kugel entstandenen Ölraum in der Schiefscheibe münden. Dadurch soll neben einer
guten Schmierung zwischen Kugel und Kugelpfanne auch eine hydraulische Entlastung
zwischen diesen Teilen erreicht werden. Bei den bekannten Anordnungen ist jedoch
die entlastende Wirkung auf die Kugelgleitstellen in der Schiefscheibe beschränkt,
weil das für eine wirksame hydraulische Entlastung erforderliche Verhältnis zwischen
dem Durchmesser der Kugelabflachung und dem Durchmesser des Zylinders mit den bisher
bekannten Mitteln nicht verwirklicht werden konnte.
-
Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung dadurch
behoben, daB die Lagerkugel an ihrer zum Zylinderraum weisenden Seite mit einer
Abflachung versehen ist, so daß zwischen Kugel und Kugelpfanne ein Hohlraum besteht,
der unter einem
dem Öldruck im Zylinder entsprechenden Öldruck steht,
wobei der Kolben als Stufenkolben ausgebildet ist, dessen den größeren Durchmesser
aufweisender, außerhalb des Zylinderraumes liegender Teil die Lagerung des Pleuelkopfes
enthält und wobei der Durchmesserunterschied zwischen der Abflachung an der Lagerkugel
und dem Arbeitskolben in den Grenzen ± 15 % liegt.
-
Dadurch ist es möglich, die Lagerkugel mit dem erforderlichen Durchmesser
auszuführen und ihr zugleich eine größere Lagerfläche zu geben, wodurch eine Verminderung
der Lagerreibung bzw. des Verschleißes und damit eine Erhöhung der Lebensdauer und
Belastbarkeit dieser hochbeanspruchten Lagerstelle erreicht wird.
-
In an sich bekannter Weise wird dabei der den Kolbenteil größeren
Durchmessers umgebende Raum z. B. durch eine Entlastungsöffnung drucklos gehalten.
-
Ferner ist nach der Erfindung die Kugel im Kolben mittels einem durch
einen Sprengring in Lage gehaltenen Ring befestigt, wodurch die auftretenden Zugkräfte
sehr sicher beherrscht werden und der Einbau des Pleuelkopfes in den Kolben infolge
der Schränkbarkeit des Sprengringes und der dadurch gegebenen Möglichkeit, den Sprengring
über die Kolbenstange einzuführen, sehr einfach gestaltet.
-
Im Rahmen der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird die axiale
Durchbohrung der Pleuelstange ferner dazu benutzt, auch die Längs- und Querlager
der Schiefscheibe in vorteilhafter Weise hydraulisch zu entlasten. Es ist zwar bekannt,
außer der Anordnung von Entlastungsflächen an der Stirnseite der Zylindertrommel
auch die Längslagerung der Schiefscheibe mit solchen Entlastungsflächen zu versehen.
Es wurde auch schon vorgeschlagen, die Lagerung der Schiefscheibe durch Verwendung
von sogenannten Segmentlagern zu verbessern, ohne jedoch den angestrebten Erfolg
zu erreichen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die beim Schiefscheibentriebwerk
vorliegenden Betriebsbedingungen den Eigenschaften' des Segmentlagers widersprechen,
da hier die Belastbarkeit mit der Drehzahl steigt, während bei der Schiefscheibenlagerung
die Druckbelastung auch bei niedrigster Drehzahl den Höchstwert aufweisen kann.
-
Demgegenüber schlägt die Erfindung vor, die Lagerbohrung, für den
Lagerzapfen der Schiefscheibe mit zwei einander gegenüber und an der Stelle des
größten Flächendrucks liegenden Entlastungsflächen zu versehen, die über Bohrungen,
Vertiefungen und Kanäle mit dem vom Zylinderdruck beaufschlagten Pleuellagerraum
der Schiefscheibe in Verbindung stehen. Ferner besitzt nach der Erfindung der Lagerkörper
des Schwenklagers im Gehäuse bzw. im Gehäusedeckel in Schwenkachsenrichtung zu beiden
Seiten der Schiefscheibenachse verteilt je eine Entlastungsfläche, die über Bohrungen
mit den axialen Entlastungsflächen in Verbindung stehen.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt Fig. i eine mehrzylindrige Schiefscheibenpumpe, teilweise im Schnitt, -Fig.
2 eine Draufsicht auf das Schwenklager, Fig. 3 die Sicherung des Pleuelkopfes im
Kolben, Fig. 4 die Anwendung der Erfindung beispielsweise an einem Gleitschubkolben
und Fig. 5 eine besondere Ausbildung der Pleuellagerung in der Schiefscheibe.
-
Die Fig. 3 bis 5 sind hierbei in größerem Maßstabe gezeichnet als
die Fig. i und 2.
-
Die Platte i, das Zwischengehäuse 2 und der Deckel 3 bilden das Gehäuse
einer mehrzylindrigen Schiefscheibenpumpe. Die Welle 4 treib die Zylindertrommel
5 und die Schiefscheibe 6 an, die in dem Schwenklager 7 gelagert ist. Die Kolben
8 sind über die Pleuel g an die Schiefscheibe 6 angelenkt. Der Pleuelkopf wird im
Kolben 8 von einem Spreizring Io unter Zwischenschaltung einer zweiteiligen Büchse
II gehalten. Der Kugelkopf im Kolben 8 ist außen zylindrisch abgeflacht und mit
einer Eindrehung versehen, in die ein den Pleuel im Kolben abdichtender elastischer
Ring 12, aus z. B. Buna-Gummi, eingelegt ist. Der in der Schiefscheibe 6 und dem
Schiefscheibendeckel 13 gelagerte Pleuelkopf hat ebenfalls Kugelform, ist im Ende
stark abgeflacht und hohlgebohrt. Dieser Hohlraum steht über die Kolbenbohrung I4
und die Pleuelbohrung 15 mit dem Zylinderraum 16 in Verbindung. Die Bohrung 15 wird
durch das Kugelventil 17 in Richtung Zylinder abgesperrt. Die Schiefscheibe 6 ist
mit Bohrungen 18 versehen, die zu Entlastungsflächen I9 bzw. 2o des Schwenklagers
7 führen. Die Entlastungsflächen können, wie beispielsweise bei I9 dargestellt,
zwei zusammenhängende, etwas vertiefte Flächen bilden; sie können für bestimmte
Fälle, wie bei 2o angedeutet, in mehrere gegenseitig abgegrenzte Felder unterteilt
sein. Die Bohrungen 21, ebenfalls in der Schiefscheibe 6 liegend und von den Pleuellagern
ausgehend, überfahren bei der Drehbewegung der Schiefscheibe mit ihrer Mündung die
beiden bogenförmigen Vertiefungen 22 des Schwenklagers 7. Von diesen Vertiefungen
22 führt je eine Bohrung 23 zu je einer Entlastungsfläche 24 des Schiefscheibenquerlagers.
Auch der Deckel 3 ist mit zwei in Richtung der Schwenkachse zu beiden Seiten der
Schiefscheibenachse liegenden Entlastungsflächen 25 versehen, die über die Bohrungen
26 unmittelbar mit den axial davor liegenden Entlastungsflächen I9 bzw. 2o in Verbindung
stehen.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Bei den Kolben, die unter Druck stehen,
wird das im Zylinder befindliche Öl durch die Bohrungen 14, 15 über die Ventile
17 in die Hohlräume 27 gedrückt und setzt von dort durch die Bohrungen 18 die Entlastungsfläche
ig bzw. 2o und gleichzeitig die dahinterliegende Entlastungsfläche 25 unter Druck.
Die Lage und Größe der Entlastungsflächen ig bzw. 2o und 25 ist so gewählt, daß
erstens die einander entgegenwirkenden Momentenzentren der Summe aller Kolbendrücke
und der Entlastungsflächen ig bzw. 2g und 25 genau zusammenfallen, zweitens der
Inhalt sowohl der Entlastungsfläche ig bzw. 2o als auch der Entlastungsfläche 25
beinahe so groß bis höchstens gleich groß wie die Summe der Mindestzahl der unter
Druck darüber stehenden Kolbenflächen ist. Man kann also den Flächendruck der noch
verbliebenen Gleitflächen beliebig weit verkleinern, wobei dieselben sogar noch
von
Drucköl geschmiert werden. Besonders schwierig liegt der Fall bei der Verteilung
des Drucköls auf die Entlastungsflächen 24, von denen stets die unter Druck gesetzt
werden soll, die in Richtung der Querkraftkomponente liegt. Letztere hängt von der
Neigungsrichtung und damit der Schwenkrichtung der Schiefscheibe ab. Nun münden
die Bohrungen 21 so in den kugeligen Hohlraum 27, daß, sobald die Schiefscheibe
aus der Mittellage geschwenkt wird, durch die von der Stirnfläche und der Kugelfläche
der Pleuelköpfe gebildeten Steuerkanten die Bohrungen 21, die zu der auf der entlasteten
Querlagerseite liegenden Entlastungsfläche führen, schieferartig abgedeckt werden,
während die entgegengesetzt liegenden mit dem Hohlraum 27 verbunden werden. Eine
Drehung der Pleuel um ihre Achse hat natürlich keinen Einfluß auf die Steuerung.
-
Die Entlastung der Pleuelkopflagerung in der Schiefscheibe wird dadurch
erreicht, daß die Kugel am Ende so stark abgeflacht ist, daß der Durchmesser des
Kugelabschnittes um höchstens + 15 % vom Durchmesser der Zylinderbohrung abweicht.
Das bewirkt, daß der Flächendruck am Kugelsitz ganz wegfällt oder je nach Größe
und Richtung der Abweichung die Schiefscheibe 6 oder der Deckel 13 mit höchstens
bis zu 30 % des Kolbendrucks belastet wird.
-
Zwecks Kleinhaltens der Massenkräfte und um Undichtigkeiten zu vermeiden,
ist es erwünscht, den Pleuel einteilig zu machen. Das wird in dem Falle dadurch
erreicht, daß die Sicherung des Pleuelkopfes im Kolben 8 mittels eines Sprengringes
Io unter Dazwischenschaltung einer in Achsrichtung geteilten, zweiteiligen Büchse
geschieht. Dadurch ist auch eine leichte und schnelle Montage bzw. Demontage bis
zum einzelnen Teil möglich, was bei den bisher üblichen, zusammengeschraubten oder
zusammengenieteten Pleueln nicht der Fall war. Infolge der Teilungen der Büchse
II und auch des im Laufe der Zeit sich vergrößernden Spiels des Pleuelkopfes im
Kolben kann beim Saughub Luft mit angesaugt werden. Das wird aber erfindungsgemäß
dadurch verhindert, daß der Pleuelkopf außen zylindrisch abgeflacht und mit einer
Eindrehung versehen ist, in die ein elastischer Dichtungsring 12 aus z. B. Buna-Gummi
eingelegt ist. Außerdem verhindert das in den Pleuel 9 eingebaute Ventil 17, daß
beim Saughub aus den anderen Gleitlagern Ö1 weggesaugt oder gar Luft angesaugt wird.
-
Die Fig. 4 zeigt an einem Gleitschubkolben, daß das Ventil 17 auch
unmittelbar in den Kolben eingebaut und das Prinzip der in Fig. I gezeigten Pleuelkopflagerentlastung
auch auf der Kolbenseite verwirklicht werden kann.
-
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Möglichkeit der Pleuelkopfschaltung.
Man sieht beispielsweise die Lagerung des Pleuelkopfes in der Schiefscheibe 6 und
dem Deckel 13. Der Pleuelkopf ist glockenförmig und sowohl außen als innen kugelförmig
gedreht. Beide Kugelflächen haben denselben Mittelpunkt. Die innere Kugelfläche
besitzt die Hinterdrehung 28. Die Zugkräfte im Pleuel werden über die äußere Kugelfläche
vom Deckel 13 übernommen, die Druckkräfte über die innere Kugelfläche auf die in
die Schiefscheibe 6 eingepreßte Stützkugel 3I übertragen. Die Entlastung dieser
Pleuelkopflagerung kann auf zweierlei Arten erfolgen, die sich nur durch das Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein der Bohrung 29 unterscheiden.
-
Bei Ausführung ohne Bohrung 29 wird nur die Hinterdrehung 28 über
die schon bekannte Bohrung 15 vom Zylinderdruck beaufschlagt. Der Durchmesser der
Hinterdrehung 28 ist gleich oder höchstens bis zu 15 % kleiner als der des Zylinders
bzw. des Kolbens. Es verbleibt also auf der kugeligen inneren Gleitfläche ein Restdruck,
der der Flächendifferenz, also im äußersten Falle, d. h. bei I5 % Durchmesserdifferenz
= ^ 28 % des Kolbendruckes beträgt.
-
Bei Ausführung mit Bohrung 29 wird außer der Hinterdrehung 28 auch
der Ringraum 30 unter Druck gesetzt. Das Maß der Entlastung hängt dann von
dem größten Durchmesser der Kugelfläche am Pleuel ab. Derselbe wird so bemessen,
daß er gleich dem Kolbendurchmesser oder höchstens bis zu 15 % größer als letzterer
ist. Es wird also nur noch der Deckel 13 belastet, und die von der kugeligen Außengleitfläche
zu übertragende Kraft ist bei übereinstimmendem Durchmesser gleich Null, kann aber
bei der zulässigen Differenz von 15 % des Kolbendurchmessers im äußersten Falle
= ^ - 32 % des Kolbendrucks betragen.
-
Das Minusvorzeichen bei 32 0/o zeigt, daß die Entlastungskraft größer
als der Kolbendruck ist, weshalb der Pleuel sowohl beim Ansaug- als auch beim Druckhub
stets auf der gleichen Seite (im Deckel 13) anliegt, wodurch, auch bei infolge Abnutzung
eingetretenem Spielraum, ein schlagfreies, geräuschloses Arbeiten der Pumpe erreicht
wird.
-
Fig.5 zeigt außerdem beispielsweise die schon eingangs erwähnte Möglichkeit
der Verlegung der axialen Schiefscheibenentlastungsflächen auf die Rückseite der
Schiefscheibe selbst, indem hinter jedem Pleuellager eine vom Druck beauftragte
Vertiefung 2o angebracht ist.
-
Die Erfindung beseitigt also die bei Schiefscheibentriebwerken und
Getrieben auftretenden Lagerschwierigkeiten auf einfachste und vollkommene Weise,
indem hiermit die bisher einer Leistungssteigerung und damit Gewichtsverminderung
im Wege stehenden Lagerprobleme vollkommen gelöst und ,gleichzeitig die Betriebssicherheit
wesentlich gesteigert wird, ohne daß in der Herstellung wesentliche Mehrkosten entstehen.