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Axialkolbenpumpe oder -motor mit umlaufender Zylindertrommel Die
Erfindung betrifft Axialkolbenpumpen oder -motoren, bei denen zur Vermeidung von
Leckverlusten die Zylindertrommel oder der die Steuerfläche aufweisende Teil unter
Einwirkung einer Kraft stehen, welche bestrebt ist, ein gegenseitiges Anliegen der
Zylindertrommel und der Steuerfläche herbeizuführen. Um hierbei jedoch eine metallische
Reibung zwischen der Steuerfläche und der Stirnfläche der Zylindertrommel zu vermeiden,
besteht die Notwendigkeit, zwischen diesen einen Spalt für die Bildung eines Schmierfilmes
anzuordnen. Zu diesem Zwecke hat man bereits in der Steuerfläche zusätzlich zu deren
Durchlaß für die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit einen oder mehrere Druckräume
angeordnet, die über Drosselstellen mit den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitswegen
der Pumpe oder des Motors in Flüssigkeitsverbindung stehen. Der Flüssigkeitsdruck
in den Druckräumen wirkt einer gegenseitigen Annäherung der Zylindertrommel-Stirnfläche
und der Steuerfläche mit abnehmender Spaltweite zunehmend entgegen, so daß sich
durch zweckdienliche Bemessung der dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzten Fläche der
Zylindertrommelstirnseite und der Steuerfläche bei der erwünschten Spaltbreite ein
Gleichgewichtszustand einstellt. Bei dem Bekannten werden die Drosselstellen durch
Nuten gebildet, die vom Durchlaß für die Hochdruckflüssigkeit in der Steuerfläche
bis zu deren Druckräumen reichen.
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Mithin strömt die Druckflüssigkeit den Drosselnuten mit dem jeweils
in der Pumpe oder dem Motor gegebenen Hochdruck zu. Die Drosselnuten sind zur Zylindertrommelstirnfläche
hin offen, so daß die Druckflüssigkeit aus ihnen in den Spalt entweichen kann und
für einen Druckaufbau in den Druckräumen der Steuerfläche verlorengeht. Die in den
Spalt entweichenden Druckflüssigkeitsmengen sind zudem verhältnismäßig groß, weil
die den Drosselnuten zuströmende Flüssigkeit unter dem vollen Hochdruck steht, der
in den Flüssigkeitswegen der Pumpe oder des Motors gegeben ist. Hierdurch vergrößern
sich die bei der Pumpe oder dem Motor gegebenen Leckverluste, die deren Wirkungsgrad
herabsetzen. Hinzu kommt, daß die Drosselnuten aus funktionellen Gründen eine verhältnismäßilg
kleine Weite aufweisen müssen, so daß sie durch in der Flüssigkeit und insbesondere
im Spalt selbst auftretende Verschmutzungsbestandteile leicht verstopft werden und
ihre ordnungsgemäße Funktion verlieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den für die Bildung eines
Schmierfilmes zwischen der Zylindertrommelstirnfläche und der Steuerfläche erwünschten
Spalt mit verringerten Leckverlusten aufrechtzuerhalten. Dies wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß in der zu den Drosselstellen führenden Zuleitung für die Hochdruckflüssigkeit
ein Druckminderventil angeordnet ist, welches den Druck der Hochdruckflüssigkeit
mit konstantem Verhältnis mindert. Da hierbei die Drosselstellen Flüssigkeit zugeführt
erhalten, die unter einem vom Hochdruck abhängigen, jedoch gegenüber dem vollen
Hochdruck verringerten Druck steht, ergeben sich in den Drosselstellen verringerte
Durchflußmengen. Sind dabei die Drosselstellen als Nuten ausgeführt, die zur Zylindertrommelstirnfläche
hin offen sind, so ist auch die in den Spalt zwischen der Steuerfläche und der Zylindertrommelstirnfläche
entweichende und für einen Druckaufbau in den Druckräumen verlorengehende Flüssigkeit
verringert. Darüber hinaus kann das Verhältnis, in dem der Druck der Hochdruckflüssigkeit
gemindert wird, so gewählt werden, daß die Drosselstellen mit vergrößerter Weite
ausgeführt sein können, so daß die Gefahr ihrer Verstopfung durch Verschmutzungsbestandteile
zumindest gemildert ist.
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Um zu erreichen, daß die den Drosselstellen zufließende Druckflüssigkeit
ohne Leckverluste in die Druckräume der Steuerfläche gelangt und daher voll für
den darin angestrebten Druckaufbau genutzt wird, sind erfindungsgemäß die Drosselstellen
als zu den Druckräumen in der Steuerfläche führende Bohrungen ausgestaltet. Diese
Bohrungen stehen in der Strömungsrichtung der Flüssigkeit nur über den Druckraum
in der Steuerfläche mit dem Spalt zwischen letzterer und der Zylindertrommelstirnfläche
in Flüssigkeitsverbindung, so daß die die Drosselstelle durchfließende Flüssigkeit
erst dann in den Spalt entweichen kann, nachdem sie ihre Aufgabe der Schaffung oder
Erhaltung des Druckzustandes im Druckraum erfüllt hat.
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Zur Herabsetzung des Druckes der Druckflüssigkeit beaufschlagt diese
erfindungsgemäß einen in einem
Gehäuse axial verschiehlichen Stufenkelben
an dessen kleinerer Stirnfläche, weiche die öffnung einer Verbindungsleitung zu
einem von seiner größeren Stirnfläche begrenzten Kolbenraum steuert, von dem ein
Leitungsweg zu den-Drosselstellen führt. Die Größen der Stirnflächen des Stufenkolbens
werden hierbei so gewählt, daß sie in dem Verhältnis stehen, in dem der Druck der
Hochdruckflüssigkeit gemindert werden soll, bevor diese den Drosselstellen zuströmt.
Infolge der Axialverschieblichkeit des Stufenkolbens bleiben Verschmutzungsablagerungen
an der Öffnung der Verbindungsleitung zwischen den beiden Kolbenräumen des Gehäuses
ohne Einwirkung auf das Druckverhältnis, da etwaige hierdurch bedingte Verengungen
der Öffnungsweite durch die Regelbewegung des Stufenkolbens ausgeglichen werden.
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Um eine gute Regelgenauigkeit zu erzielen, münden erfindungsgemäß
an der kleineren Stirnfläche des Stufenkolbens mit der als umfängliche Ringnut gestalteten
Öffnung der Verbindungsleitung zusammenwirkende Kanäle, die sich zur Öffnmlg der
Verbindungsleitung hin verkleinern.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abbildungen in einem Ausführungsbelspiel
dargestellt, und zwar zeigt Abb. 1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe
oder -motor in vereinfachter Darstellung mit schematischer Wiedergabe der Einrichtung
für die Minderung des Hochdruckes, Abb. 2 eine Aufsicht auf die Steuerfläche mit
dem Druckraum, Abb. 3 einen Längsschnitt durch die Einrichtung zur Minderung des
Hochdruckes.
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Der Triebflansch 1 dreht über die Pleuel 2 und den Kolben 3 die Zylindertrommel
4. Bei Vorherrschen eines Druckes in den Flüssigkeitswegen der Druckseite der Pumpe
oder des Motors ist im Raum 5 der Zylindertrommel 4 ein Flüssigkeitsdruck gegeben,
der eine die Zylindertrommel 4 in Richtung auf die feststehende Steuerfläche 6 drückende
Kraft ergibt. Um eine unter Einwirkung dieser Kraft zustande kommende Anlage der
Stirnfläche der Zylindertrommel 4 an der Steuerfläche 6 und damit eine metallische
Reibung dieser Flächen zu verhüten, wird zwischen ihnen ein schmaler Spalt zur Bildung
eines Schmierfilmes geschaffen. Zu diesem Zwecke ist in der Steuerfläche 6 zusätzlich
zu deren Durchlaß 7 für die unter Hochdruck stehende Flüssigkeit ein Druckraum 8
angeordnet. Der Druckraum 8 steht über Drosselbohrungen 9 und über eine mit 10 bezeichnete
Einrichtung zur Druckminderung mit den unter Hochdruck stehenden Flüssigkeitswegen
der Pumpe in Leitungsverbindung, wie dies in Abb. 1 strichpunktiert angedeutet ist.
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Die Einrichtung 10 ist im einzelnen in Abb. 3 veranschaulicht. Im
Gehäuse 10' ist ein Stufenkolben 11 axial verschieblich angeordnet, der mit seinen
Stirnflächen 12 und 13 die Zylinderräume 14 und 15 begrenzt, welche über eine Verbindungsleitung
16', 16 miteinander verbunden sind. Der Zylinderraum 14 ist an den unter Hochdruck
stehenden Flüssigkeitsweg 17 der Pumpe oder des Motors angeschlossen, der über die
Rückschlagventile 18 an die je nach der Drehrichtung der Pumpe oder des Motors gegebene
Förder- oder Druckseite angeschlossen ist. Der Hochdruck beaufschlagt die Stirnfläche
12 des Stufenkolbens 11 und verschiebt diesen in Pfeilrichtunga, so daß zur Erhöhung
der Regelgenauigkeit angeordnete kerbartige Kanäle 19, die mit ihrer größten Tiefe
an der Stirnfläche 12 münden und mit ihren der Ring-
nut 16! zugewendeten Enden an
der Kolbenoberfläche spitz auslaufen, mit der Ringnut 16' in Überdeckung kommen.
Hierdurch gelangt die Druckflüssigkeit über die Verbindungsleitung 16 in den Zylinderraum
15 und bewirkt hierin einen Druckaufbau bis zu einem Druck, der im Verhältnis der
Größen der Stirnflächen 12 und 13 des Stufenkolbens 11 gegenüber dem Hochdruck im
Zylinderraum 14 gemindert ist. Aus dem Zylinderraum 15 gelangt die Flüssigkeit mit
vom Hochdruck in den Flüssigkeitswegen der Pumpe oder des Motors und im Zylinderraum
14 abhängigen, jedoch im bestimmten Verhältnis hierzu geminderten Druck über die
Drosselbohrungen 9 zum Druckraum 8 und bewirkt in diesem einen Druckaufbau. Der
Druck im Druckraum 8 wirkt zugleich auch gegen die Stirnfläche der Zylindertrommel
4 und hebt diese entgegen der vom Raum 5 ausgehenden Andruckkraft von der Steuerfläche
8 ab, so daß ein wegen seiner Kleinheit in der Zeichnung nicht veranschaulichter
Spalt entsteht, der die Bildung eines Schmierfilmes durch die Flüssigkeit zuläßt,
die aus dem Durchlaß 7 für die Hochdruckflüssigkeit und dem Druckraum 8 in den Spalt
gelangt.
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Bei einer Verbreiterung des Spaltes sinkt wegen der dann begünstigten
Abströmung der Flüssigkeit aus dem Druckraum 8 der darin herrschende Druck. sp daß
die vom Raum 5 ausgehende Kraft die Zylindertrommel 4 der Steuerfläche 8 wiederum
nähert. Bei diesem Vorgang stellt sich durch entsprechend Bemessung des Druckraumes
8 und der vom Druck derLeckflüssigkeit im Spalt beaufschlagten Zylindertrommelstirnfläche
und Steuerfläche sowie durch entsprechende Wahl des vom Stufenkolben geregelten
Druckverhältnisses ein Gleichgewichtszustand ein, so daß zwischen der Zylindertrommel
4 und der Steuerfläche 6 stets ein Spalt für die Bildung eines Schmierfilmes gegeben
ist, wenn in den Flüssigkeitswegen der Pumpe oder des Motors Druck herrscht. Die
für die Aufrechterhaltung des Spaltes aufzuwendenden Flüssigkeitsmengen sind dabei
verhältnismäßig gering, da im Druckraum 8 ein gegenüber dem Hochdruck verminderter
Druck herrscht und das für die Spaltbildung benötigte Druckmittel erst dann in den
Spalt entweichen kann, nachdem es im Druckraum 8 seine Funktion erfüllt hat.
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Um die Wirkungsweise des Stufenkolbens 11 auch für den Fall sicherzustellen,
daß sich entlang der Oberfläche des Stufenkolbens 11 Leckmengen ergeben, ist eine
Ringnut 20 angeordnet, welche über eine Leckfiüssigkeitsleitung 21 diese Leckmengen
abführt.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, die an sich bekannten Drosselbohrungen
9 in mehr oder weniger großer AnzahI anzuordnen und statt eines einzigen auch mehrere
Druckräume 8 vorzusehen, die kreisringförmig, kreisringsegmentförmig oder auch in
sonstiger zweckdienlicher Gestalt auf der Steuerfläche 6 angeordnet sind. Die Erfindung
ist gleichermaßen bei solchen Axialkolbenpumpen oder -motoren anwendbar, bei denen
statt der Zylindertrommel 4 der die Steuerfläche 6 tragende Teil unter der Einwirkung
einer Kraft steht, welche bestrebt ist, diesen Teil gegen die Stirnfläche der Zylindertrommel
anzudrücken.