EP0602231B1

EP0602231B1 - Hydrostatische maschine mit axialem schubausgleich

Info

Publication number: EP0602231B1
Application number: EP93915726A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Fähnle
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1992-07-02
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2013-06-29
Also published as: EP0602231A1; US5452646A; JPH06511533A; ATE142000T1; DE59303571D1; DE4221705A1; WO1994001676A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine (Radialkolbenmaschine) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus den Stande der Technik sind die folgenden einschlägigen Druckschriften bekannt geworden: US-A-3 044 412, CH-A-599 466, DE-A-2 022 846. Die Erfindung geht aus von US-A-3 044 412. Diese zeigt und beschreibt eine hydrostatische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dabei sind die Hubringe der Rotoren relativ zueinander nicht fixiert. Sie sind jeweils für sich alleine verstellbar.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine hydrostatische Maschine der gattungegemäßen Art anzugeben, bei der die axialen (SChub-)Kräfte bei gleichem Fördervolumen und bei gleichen Strömungsverhältnissen nur halb so groß sind wie bei der bekannten hydrostatischen Maschine und bei der auf die Welle kein, allenfalls ein nur minimales Biegemoment einwirkt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die besonderen Vorteile dieser Konfiguration bzw. Konstruktion liegen darin, daß die radialen Abmessungen relativ gering sind, und daß eine Konterscheibe zur Abstützung der axialen Schubkräfte entfallen kann. Insgesamt ergibt sich damit eine hydrostatische Maschine, die sich im Hinblick auf ihre Drehzahl und ihren Wirkungsgrad, sowie ihre Stabilität und ihre Geräuschentwicklung vom Stand der Technik positiv unterscheidet.
Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im Patentanspruch 1 spezifizierten hydrostatischen Maschine sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1: einen Längsschnitt durch die hydrostatische Maschine;
Fig. 2: einen Querschnitt durch die hydrostatische Maschine gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II;
Fig. 3: einen Querschnitt durch die hydrostatische Maschine gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie III-III.

Die die hydrostatische Maschine repräsentierende Radialkolbenmaschine weist ein Gehäuse 1 mit einem zylindrischen Innenraum 2 auf. Der Innenraum 2 ist von beiden Seiten her über je einen Gehäusedeckel 3,4 abgeschlossen und durch einen axial mittig zum zylindrischen Innenraum 2 angeordneten kreisringförmigen Zwischenboden 5 in zwei gleich große Teil-Räume 6, 7 separiert.
In den beiden Teil-Räumen 6,7 ist je ein Hubring 8,9 gelagert, die beide über mindestens eine Verbindungswelle 10 und über Bolzen 11 miteinander und den Gehäusedeckeln 3,4 gegenüber fixiert sind. An der Innenseite 12,13 der Hubringe 8,9 gleiten in an sich bekannter Weise die der Funktion bzw. Verwendung als hydrostatische Maschine bzw. als Radialkolbenmaschine dienenden Verdrängerelemente, die aus der funktionalen Verbindung eines Gleitschuhs oder Gleitsteins 14 und eines gelenkig damit verbundenen (Verdränger-) Kolbens 15 bestehen. Diese Kolben 15 sind in radialen Bohrungen 16,17 je eines der den Zylinderstern bildenden Rotoren 18,19 angeordnet, die ihrerseits verdrehfest und axial fixiert mit einer über einen Antriebsstutzen 20' angetriebenen Welle 20 gekoppelt sind.
Die im vorstehenden beschriebene Konfiguration entspricht - abgesehen davon, daß über den Förderstrom bzw. die Pumpfunktion noch nichts ausgesagt wurde - dem Stand der Technik insoweit, als die Rotoren 18,19 an sich bekannt sind. Die besondere Konstruktion besteht jedoch darin, daß die hydrostatische Maschine nicht von einem Rotor 18/19 ausgeht, sondern von zweien, die synchron miteinander als Förder- bzw. Pumpeinheit wirken (wodurch letztlich bei radial gleichen Abmessungen die doppelte Förderleistung erreichbar ist).
Die beiden Rotoren 18,19 sind im Hinblick auf ihre Funktion als Pumpelement wie folgt in aufeinander abgestimmter Weise miteinander gekoppelt bzw. funktionell verbunden: In den radialen Bohrungen 16,17 der Rotoren 18,19 sind einander zugewandt axiale seitliche Steuerschlitze 21,22 vorgesehen, über die die Bohrungen 16,17 zum Zwischenboden 5 hin offen sind. Diese Steuerschlitze 21,22 korrespondieren ihrerseits mit in Steuerscheiben (Axialscheiben) 25,26 eingearbeiteten nierenförmigen (vgl.Fig.3) Kanälen 23,24. Die Steuerscheiben 25,26 sind in entsprechenden Ausnehmungen auf beiden Seiten des Zwischenbodens 5 eingelegt. Im Zwischenboden 5 selbst sind korrespondierend zu den genannten Steuerschlitzen 21,22 und den nierenförmigen Kanälen 23,24 quer durchgehend Verbindungskanäle 27,28 eingearbeitet, so daß beide Rotoren 18,19 über ihre Verdrängerelemente miteinander verbunden sind - und gemeinsam als Pumpe bzw. hydrostatische Maschine zu arbeiten vermögen; es entsteht so eine zweiflutige hydrostatische Maschine bzw. Radialkolbenmaschine, wobei die Verbindungskanäle 27,28 den Ein- bzw. Auslaßkanal bilden und dementsprechend nach außen hin offen sind.
Der durch die (seitliche) Druckbeaufschlagung der Kolben 15 und der Steuerschlitze 21,22 entstehende axiale Schub wird aufgrund der gleich groß ausgebildeten axialen Kanäle 23,24 in den Steuerscheiben 25,26 und der diese Kanäle 23,24 in den Spalten zwischen den Rotoren 18,19 und den Steuerscheiben 25,26 umgebenden Druckfelder 29,30 somit durch eine entgegengesetzt gerichtete Wirkung der hydrostatischen Kräfte ausgeglichen. Der Kraftschluß zwischen den Rotoren 18,19 über die Welle 20 vermeidet so jegliche axiale Kraftbeaufschlagung des Gehäuses 1. Bei entsprechend der Zeichnung geeigneter Lagerung bzw. Abstützung der Welle 20 relativ zum Gehäuse 1 und zu den Gehäusedeckeln 3,4 (vgl. die Lagerzapfen 35,36 in den Gehäusedeckeln 3,4) läßt sich darüberhinaus ein Biegemomentenausgleich ganz oder annähernd ganz realisieren. Die axiale Kraftführung und die zweiflutige Kolbenanordnung ergibt - im Vergleich zur einflutigen Kolbenmaschine - ferner eine Geräusch- und Bauraumreduzierung.
Bezüglich der konstruktiven Gesamtkonfiguration ist noch anzumerken, daß - vgl. Fig. 3 - die beiden Hubringe 8,9 gemeinsam über eine aus einem Verstellkolben 31 und einem Gegenkolben 32 bestehende Verstelleinrichtung positioniert werden. Diese Verstelleinrichtung ist am Zwischenboden 5 montiert bzw. angebaut und wirksam. Im Zwischenboden 5 sind darüberhinaus - wie erwähnt-die Verbindungskanäle 27,28 , d.h. der einlaßseitige Niederdruckkanal und der auslaßseitige Hochdruckkanal eingearbeitet.
Die Rotoren 18,19 sind - wie bereits erwähnt - verdrehfest und axial fixiert auf der Welle 20 befestigt. Dabei kann - wie dargestellt - der eine Rotor (19) einstückig mit der Welle 20 ausgebildet sein, während der zweite Rotor (18) über eine Spannmutter 37 fixiert wird. In besonderer Ausgestaltung ist es auch möglich, die beiden Rotoren 18,19 relativ zueinander um eine halbe Teilung der radial angeordneten Verdrängerelemente versetzt zu fixieren.
Zusammenfassend soll nochmals folgendes angemerkt werden:
Durch die axiale Fixierung der beiden Rotoren 18,19 auf der Welle 20 wird einerseits erreicht, daß die axialen Kräfte nicht an den Gehäusedeckeln 3,4 abestützt werden müssen, und daß andererseits durch die axialen Kräfte mit dem Abstand der nierenförmigen Kanäle 23,24 von der Mittelachse der Welle 20 ein resultierendes Drehmoment entsteht, das dem Biegemoment, welches die Kolben 15 aufgrund der Druckmittelbeaufschlagung und ihres Abstands zu den Lagerzapfen 35,36 der WElle 20 erzeugen, in etwa gleicher Größe entgegengesetzt ist. Der für einen sicheren Lauf der Rotoren 18,19 notwendige Spalt relativ zu den Steuerscheiben (Axialscheiben) 25,26 soll wegen der davon abhängenden Dichtigkeit möglichst gering gehalten werden. Dies wird schließlich dadurch erreicht, daß in den Steuerscheiben 25,26 auf den dem Zwischenboden 5 zugewandten Seiten elastische Dichtungen 38,39, z.B. O-Ringe, eingelegt werden, welche durch die Begrenzung der Druckfelder 29,30 gegen den jeweils anliegenden Rotor 18,19 eine Kraft erzeugen, die durch Auslegung geringfügig größer bestimmt wird, als die vom über der metallischen Dichtung auf der Rotorseite der Steuerscheiben 25,26 verteilten Druckfeld erzeugte. Dadurch wird der Spalt zwischen den Rotoren 18,19 und den STeuerscheiben 25,26 sehr klein gehalten.

Claims

Hydrostatische Maschine
1.1 mit einem auf einer Welle (20) drehfest und axial fixiert angeordneten Zylinderstern,

1.2 der Zylinderstern weist eine Mehrzahl von radial verlaufenden Bohrungen (16,17) mit an der Innenseite eines Hubrings (8,9) gleitenden Verdrängerelementen auf,

1.3 die Bohrungen (16,17) sind zur Steuerung der Fördermenge des Druckmediums über Steuerschlitze (21,22) mit seitlich am Zylinderstern mündenden Förderkanälen verbunden,

1.4 der Zylinderstern besteht aus zwei im Abstand zueinander montierten Rotoren (18,19), deren Bohrungen (16,17) miteinander kommunizierende, insbesondere einander gegenüberliegende Steuerschlitze (21,22) aufweisen,

1.5 zwischen den beiden Rotoren (18,19) ist ein Gehäuse-Zwischenboden (5) vorgesehen,

1.6 der Gehäuse-Zwischenboden weist den Rotoren (18,19) gegenüberliegende Steuerscheiben mit den Steuerschlitzen (21,22) korrespondierenden Kanälen (23,24) auf, ferner als Förderkanäle (27,28) dienende Verbindungskanäle für die jeweils zueinander konjugierten Kanäle (23,24),
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.7 die Hubringe (8,9) der beiden Rotoren (18,19) sind über die Gehäusedeckel (3,4) relativ zueinander fixiert,

1.8 die Hubringe (8,9) weisen eine am Zwischenboden (5) wirksame gemeinsame Verstelleinrichtung auf.
Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotoren (18,19) bezüglich ihrer Verdrängerelemente insbesondere um eine halbe radiale Teilung gegeneinander versetzt sind.
Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Rotoren (18 bzw. 19) einstückig mit der Welle (20) ausgebildet ist und daß der zweite Rotor (19 bzw. 18) seiner Winkellage entsprechend auf der Welle (20) fixiert ist.
Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerscheiben (25,26) auf der dem Zwischenboden (5) zugewandten Seite den Kanälen (23,24) benachbart elastische Dichtungen, insbesondere O-Ringe, aufweisen.