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Radialkolbenmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenmaschine,
die als Flüssigkeitspumpe oder als Flüssigkeitsmotor verwendet werden kann, insbesondere
Vorrichtungen dieser Art, die unter hohen Flüssigkeitsdrücken von mehreren
100 kg/CM2 zu arbeiten vermögen.
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Pumpen zur Erzeugung derartig hoher Drücke werden bereits in Luftfahrzeugen
zur Steuerung der Flugzeuganlagen usw. verwendet. Es treten jedoch bei der Herstellung
einer für diese Zwecke, geeigneten einfachen, leistungsfähigen und gedrängt aufgebauten
Pumpe Schwierigkeiten auf.
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Mit der Erfindung soll nun eine Hochdruckpumpe geschaffen werden,
die alle gestellten Forderungen einwandfrei erfüllt, die aber auch für andere Zwecke
verwendet werden. kann.
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Pumpen zur Erzeugung derartig hoher Drücke, verwenden einen umlaufenden
Zylinderblock mit r&dialen Zylinderbohrungen, die um die Achse, des Blockes
im gleichen, Abstand voneinander stehen. In den Zylinderbohrungen arbeiten Kolben,
deren Hin- und Herbewegung mit Hilfe eines exzentrisch angeordneten Gcgendruckringes
erfolgt, an dessen Innenfläche die Außenenden der Kolben anliegen. Wird eine Ebene
durch die Achse des Zylinderblockes und die Achse des Exzenterringes gelegt, dann
bewegen sich alle auf der einen Seite der Ebene befindlichen Kolben in den Zylinderbohrungen
nach außen, was dem Saughub ein-er Pumpe entspricht, und a.Ile auf der anderen Seite
der Ebene befindlichen Kolben bewegen sich nach innen, was dem Druckhub einer Pumpe
entspricht. Eine Einrichtung, z. B. eine feststehende, mit halbkreis- oder nierenförmigen
Ein- und Auslaßschlitzen versehene Steuerscheibe, verbindet in üb-
licher
Weise die- Zylinderbohrungen zuerst mit dem Einlaß und dann mit dem Auslaß der Pumpe.
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Bei Erzeugung hoher hydraulischer Drücke werden der Zylinderblock,
die Lager usw. hohen Spannungen unterworfen, die einen übermäßigen Verschleiß, ein
Sickern und eine Leistungsänderung bewirken. Es sind bereits Vorschläge gemacht
worden., diese Spannungen zu vermindern oder auszugleichen. Diese, Vorschläge führten
jedoch zu verwickelten, und teuren Aufbauten.
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Ziel der Erfindung ist daher ein Aufbau, der es ermöglicht, die hohen
Spannungen innerhalb eines zulässigen Bereichs zu lassen und dabei eine einfache
und preiswerte Ausführung zu verwenden.
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Die Ursache für viele dieser unerwünschten Spannungen und Biegungen,
ist das Kippbestreben des Zylinderblockes um eine quer zur Drehachse des Zylinderblockes
gerichtete Achse. Mit der Erfindung soll daher das -. Drehmornent, das dieses
Kippbestreben hervorruft, in sehr einfacher -und wirksamer Weise aufgehoben oder
mindestens stark vermindert werden.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß an, der steuerspiegelseitigen
Endfläche des Zylinderblocks ein ringförmiger Kragen von L-förmigeni Querschnitt
befestigt, der die Steuerspiegelscheibe an ihrem äußeren Umfang umfaßt, wobei die
dem Steuerspiegel der Steuerscheibe gegenüberliegende Fläche mit einer Ringnut versehen
ist, welche. über mindestens einen Kanal mit: dem Hochdruckschlitz in Verbindung
steht. Hierdurch wird auf den Zylinderblock, ein quer zur Drehachse gerichtetes
Drehmoment ausgeübt, das dem Kippbestreben des Blockes entgegenwirkt und dadurch
ausgleichend wirkt. Dieses Drehmoinent wirkt gleichzeitig dem auch im Traglager
des Blockes auftretenden Drehmoment entgegen.
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Die Erfindung weist noch viele andere Vorteile auf und erstrebt noch
andere Ziele, die sich aus der Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführung ergeben. Die Beschreibung dient nur zur Erläuterung der allgemeinen Lehren
der Erfindung, ist aber nicht in einem begrenzenden Sinne aufzufassen.
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In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Radialkolbenmaschine,
Fig. 2 ein Schnitt nach Linie 5-5 der Fig. 1,
Fig. 3 ein. schaubildlich
dargestellter schematischer Schnitt, der die auf dem Pump-enzylinderblock wirkenden
Kräfte zeigt.
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Der Pumpenaufbau weist einen umlaufenden Zylinderblock 1 auf,
der sich um eine Achse 2 (Fig. 3)
dreht. In der dargestellten
Ausführung sind im Zylinderblock 1 die radia.Jen Zylinderbohrungen im gleichen
Abstand voneinander um die Achse 2 verteilt.
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In jeder Zylinderbohrung ist ein Kolben.9 radial beweglich, dessen
Außene - nde eine konvexe Fläche 10
hat, die mit einer Schrägfläche
oder Kegelfläche 11
eines exzentrisch angeordneten Gegendruckringes 12 zusammenarbeitet.
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Die die Zylinderbohrungen bildenden Wände haben je einen halbkreisförmigen
Ansatz 15 (Fig. 3), der radial zur Achse 2 steht und dessen konkave
Seite zum Gegendruckring 12 weist. Auf diese Weise wird eine lange Führungsfläche
für jeden Kolben 9 geschaffen, die den Gegendruck derjenigen Seitenkraft
aufnimmt, die von dem Gegrendruckring 12 auf den Kolben ausgeübt wird.
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Der Zylinderblock 1 hat einen nach links gerichteten Nabenteil
16 (Fig. 3), der von einem Lager drehbar getragen wird, dessen Rollen
17 zwischen einem an der Nabe 16 befestigten Innenlauf ring
18 und einem von der Büchse 20 getragenen Außenlaufring 19 liegen.
Die Büchse 20 wird von einer Nabe getragen., die von der linksfiegenden Wand des
Pumpengehäuses 23
nach innen vorspringt. Ein rechtsliegender Flansch 21 dieser
Büchse 20 begrenzt die Bewegung des Laufringes 19 nach rechts (Fig.
1)- Das linksliegende Ende der Büchse 20 hat einen Außenflansch 22, der auf
einer Schulter des Pumpengehäuses 23 ruht, das zusammen init sein-cm Flansch
24 und dein Deckel 25 einen im -wesentlichen, völlig geschlossenen Mantel
für die Pumpenteile bildet.
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Der Deckel 25 hat eine Einlaßöffnung 28 und eine Auslaßöff-nung
29 zum Anschluß an Rohrleitungen. Die Büchse 20, die den Außenlaufring
19 des für den Zylinderblock 1 bestimmten Hauptlagers aufnimmt, wird
an der Halteschulter des Gehäuses 23
von einem Deckel 34 (Fig. 1) gehalten.
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Die rechtsliegende Stirnfläche des Deckels 34 legt sich an ein Kugella,-er43
an, das ein Keilnutenstück 40 drehbar trägt, dessen eines Ende außen mit Keilnuten
51 versehen ist, die in Keilnuten 52 des Zylinderblocks eingreifen.
Das andere Ende des Keilnutenstücks ist mit Innenkeilnuten zur Aufnahme der Antriebswelle
49 versehen.
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Der Gegendruckring 12, mit dem die Kolben 9 zusammenarbeiten,
ist unter Verwendung mehrerer Kugeln 53 drehbar gelagert. Diese Kugeln
53 liegen zwischen dem Gegendruckring 12 und einem Außenlaufring54. Dieser
Außenlaufring54 sitzt in einem Ring 55, der eine Gleitbewegung zur Einstellung
seiner Exzentrität zwischen den an den Innenumfang des Gehäuseflansches 24 befestigten.
Führungen 56
und 57 ausführen kann.
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Der den Außenlaufring 54 tragende Ring 55 hat einen nach innen
gerichteten Flansch 58, dem ein Einsatzring 59 gegenüberliegt, der
als Verschleißplatte dient und in einer Wand des Gehäuses 23 untergebracht
ist. Zwischen dem Flansch 58 und der Verschleißplatte 59 liegt ein
Axialdrucklager 60, das die Bewegung das Gegendruckringes 12 nach links (Fig.
1)
begrenzt. Die Bewegung des Gegendruckringes 12 nach rechts wird von einem
Abstandsring 61 und einer Büchse 62 begrenzt.
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jede Zylinderbohrung usw. hat an ihrem Innenende eine Öffnung
63. Alle Öffnungen 63 sind nach rechts gerichtet (Fig. 1) und
münden an der rechtsliegenden Fläche des Blockes 1. Diese Öffnungen arbeiten
mit einem von den beiden Bogenschlitzen 64 oder 65 der Steuerscheibe
66 (Fig. 2) zusammen. Der obere Bogenschlitz 64 steht mit denjenigen Zylinderräumen
in'Verbindung, die sich in der Förderstellung befinden. Daher ist dieser Bogenschlitz
64 mit einem in dßm: Deckel 25 befindlichen Kanal 67 verbunden, der
zur Auslaßöffnung 29 führt (Fig. 1). Der Bogenschlitz 65
arbeitet
in ähnlicher Weise mit einem im Deckel 25
befindlichen Kanal 68 zusammen,
der zur Einlaßöffnung oder Saugöffnung 28 führt.
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Die Steuerscheibe 66 ist am Mittelansatz 69 des Deckels
25 mit einer Schraube 70 befestigt.
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Die linke Fläche der Steuerscheibe 66 (Fig. 1) liegt
an der rechten Fläche des Zylinderblockes 1. Diese beiden Bauteile werden
von einem Endring 71 =einander gehalten, der auf der rechten Seite der Steuerscheibe
liegt und an dem Zylinderblock 1 unter Zwischenschaltung eines Abstandsringes
72 befestigt ist. Der Abstandsring 72 kann ein Hundertstel Millimeter
breiter sein als die Steuerscheibe 66, so. daß sich für die Stcuerscheibe
66 ein Laufsitz zwischen den angrenzenden Wänden des Blockes 1 und
des Ringes 71
ergibt.
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Der Abstandsring 72 und der Endring 71 sind an dein
Zylinderblock 1 mit mehreren Schrauben 73 befestigt. Diese Schrauben
73 sind so stark und sind auch in so großer Zahl vorhanden, daß jede: Zugspannung,
die auf diese Schrauben von dein Druck der in dem von dein Ring 71 und dem
Block 1 begrenzten Raum befindlichen Flüssigkeit ausgeübt wird, vernachlässigt
werden kann. Trotz der vorhandenen hohen Drücke in der Vorrichtung wird daher der
Abstand zwsichen dein Ring 71 und dem Zylinderblock 1 im wesentlichen
auf gleicher Größe gehalten.
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Zwischen der äußeren Umfangskante der Steuerscheibe 66 und
dem Innenumf ang des Ringes 72 ist ein kleiner Radialabstand vorhanden, sG
daß sich der Zylinderblock 1 uni seine Drehachse von selbst einstellen kann,
wie dies von dem Ro#llenlager 17 bestimmt wird. Die Einstellung kann leicht
erfolgen, da nur ein einziges Rollenlager zum Tragen des Zylinderblockes erforderlich
ist. Eine ausreichende Führung für den Zylinderblock 1 ergibt sich aus dem
Zusammenarbeiten der z-,vischen dem Zylinderblock 1
und der Steuerscheibe
66 befindlichen benachbarten Flächen.
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Der Bogenschlitz 64 ist dem hohen Auslaßdruck ausgesetzt, der zwischen
benachbarten Flächen des Zylinderblockes 1 und der Scheibe 66 wirkt
und diese Teile auseinanderzudrängen versucht. Ein die Scheibe 66 durchsetzender
Kanal 74 leitet HochdruckflÜssigkeit zu dem zwischen dem Ring 71 und der
rechten Fläche der Steuerscheibe 66 gelegenen, von einer flachen Ringnut
75 gebildeten Raum. Die Fläche, Über die dieser Druck wirkt, entspricht im
wesentlichen einem ringförrnigen Bandstreifen, der an der Stelle vorhanden ist,
an der sich die Scheibe 66 und der Ring 71 einander gegenüberstehen.
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Die linke Fläche der Steuerscheibe 66 hat eine Ausnehrnung
76. Auf diese Weise sind die gegenüberstehenden Flächen des Zylinderblockes
1 und der Steuerscheibe 66 auf ein verhältnismäßig schmales ringförmiges
Band begrenzt, dessen Breite so gewählt ist, daß die später beschriebenen Ergebnisse
erzielt werden. Ein Ablaufkanal 84 (Fig. 3) oder mehrere Ablaufkanäle durchsetzen
den Abstandsring 72 in Radialrichtung und verringern den in dem Raum am Umfang
der Scheibe 66 und der Ausnehmung 76 herrschenden Druck.
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In Fig. 3 sind die Kräfte dargestellt, die auf den Zylinderblock
1 einwirken, -uni den Zylinderblock um eine zur Achse 2 senkrechte Achse
zu kippen oder zu verkanten.
Es sind Kräfte vorhanden, die über
die Kolben, 9
radial nach innen auf den Zylinderblock 1 wirken. und
den Radialkomponenten der zwischen der Kolbenfläche 10 und der Gegendruckringfläche
11 vorhandenen Druckkraft entsprechen. Diese Kräftekomponenten unterwerfen
den Zylinderblock 1 Kräften, die von dem Druck in den Zylinderbohrungen erzeugt
werden. Die CY--samtgröße dieser radial nach innen gerichteten Kräfte wird von dein
Pfeil 77 in Fig. 3
angegeben, wobei die Länge dieses Pfeiles ein Maßstab
für diese Kraft ist.
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Ein zweiter radial nach innen gerichteter Pfeil 78
entspricht
der Gesamtgröße der Lagergegendruckkräfte. Diese Gegendruckkräfte wirken über die
Rollen 17 ' und ihre Summe entspricht der Länge des Pfeiles 77. Diese
beiden Pfeile stehen auf der Drehachse 2 im Abstand von-einander und bilden ein
Kräftepaar, das sich um eine zur Achse 2 senkrechte Achse dreht und von dem Pfeil
C, dargestellt wird.
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Infoige der Schrägfläche 11 sind Kraftkomponenten.
79 der auf die Kolben 9 wirkenden Gegendruckkräfte vorhanden. Diese
Kraftkomponenten 79 verlaufen parallel zur Achse 2. Die Gesamtgröße dieser
Kräfte wird von dem Pfeil 80 dargestellt, der von der Achse 2 in einem der
Länge, des Pfeiles 81 entsprechenden Ab-
stand steht. Da die Gegendruckkräfte
79 an der Auslaflseitc oder Druckseite der EbeneP größer sind, liegt die
Kraft 80 oberhalb dieser Ebene. Die Kraft 80
erzeugt ein Drehrnoment
C., das in der gleichen Richtung verläuft wie das Drämoment Cl. Die Gesamtgröße
dieser beiden Drehmomente C, und C2 muß neutralisiert werden, um das unerwünschte
Kippen oder Verkanten des Zylinderblockes 1 zu verhüte.n.
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Die Gesamtgröße der Kräfte, die infolge der Hochdruckflüssigkeit zwischen
angrenzenden Flächen. des Blockes 1 und der Steuerscheibe 66 auf den
Block 1
wirken, ivird von dem Pfeil 83 dargestellt, der oberhalb der
durch die Achse 2 gelegten waagerechten Ebene im Abstand 160 liegt.
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In gleicher Weise sind Kräfte 82 vorhanden, die auf den Ring
71 und daher auf den Block 1 wirken. Diese Kräfte! verlaufen symmetrisch
um die Achse 2 und parallel zur Achse 2 und entsprechen dem Druck, der von. der
Flüssigkeit auf diejenige Ringfläche des Ringes 71 ausgeübt wird, die der
Scheibe 66 gegenüberliegt. Der Pfeil 85 entspricht der Gesamtgröße
dieser Kräfte 82 und liegt auf der Achse, 2.
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Die Kräfte 83 und 85 bilden ein Drehmornent
C.,
das gleich groß, aber entgegengesetzt gerichtet der Gesaintgröße der beiden
Drehmomente C, und C 2 ist. Diese gleiche GrÖße wird durch richtige Wahl
der gegenüberstehenden Flächen zwischen Steuerscheibe 66 und Zylinderblock
1 sowie zwischen Steuerscheibe 66 und Ring 71 erzielt.
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Wie erwähnt, gleitet der Gegendruckring zwischen den Führungen
56 und 57. Die von dem Abstand zwischen der Achse. 2 und der Mittelachse
des Gegendruckringes bestimmte Exzentrizität kann auf diese Weise verstellt werden.