DE19521574A1 - Hydrostatische Maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine, insbeson­ dere eine Axialkolben- oder Radialkolbenmaschine, die als Pumpe oder Motor einzusetzen ist.

Aufgrund der hohen Anforderungen, die an diese Maschinen ge­ stellt werden, treten verstärkt Probleme während des Umsteuer­ vorganges auf, also wenn die Steueröffnungen der Kolbenbohrungen der Zylindertrommel von der mit der Hochdruckseite verbundenen Steuerniere zu der mit der Niederdruckseite verbundenen Steuer­ niere der Steuerplatte überwechseln und umgekehrt. Während die­ ser Umsteuerphase treten Kavitation, Druckpulsation erhöhte Ge­ räuschemission, Abriß der Ölsäule im Ansaugbereich und unvoll­ ständige Füllung der Kolbenbohrungen der Zylindertrommel bei ho­ hen Drehzahlen sowie hohe volumetrische Verluste durch Austritt des Arbeitsmittels zwischen den Steueröffnungen der Kolbenboh­ rungen der Zylindertrommel und der Steuerplatte auf. Zur Besei­ tigung dieser Mängel werden verschiedene Maßnahmen zur Beein­ flussung des Umsteuervorganges getroffen, wie Verdrillung des Steuerspiegels, Verkantung der Schrägscheibe bzw. der Schwenk­ wiege oder Anordnung von Steuerkerben bzw. Hilfsbohrungen ausge­ hend von den Steuernieren in Richtung des überdeckungsbereiches zwischen den Steuernieren. Durch diese bekannte Maßnahmen läßt sich in der Regel immer nur ein Mangel bei bestimmten Be­ triebsparametern wie Betriebsdruck und Maschinendrehzahl besei­ tigen bzw. auf ein Minimum zurückführen. Die Folge davon ist, daß je nach Anforderungen an die hydrostatischen Maschinen eine Vielzahl von Steuerplattenausführungen auf Lager gehalten werden müssen. Hinzu kommt, daß bei weitgehender Beseitigung eines Man­ gels in der Regel andere Mängel in erhöhtem Maße auftreten kön­ nen. So werden beispielsweise erhöhte Geräusche auf Kosten der volumetrischen Verluste beseitigt oder die Verbesserung der Vo­ lumetrie auf Kosten auftretender Kavitation und umgekehrt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, mit einfachen Mitteln die vorgenannten Mängel von hydrostatischen Maschinen weitgehend zu unterbinden. Nach der Erfindung erfolgt dies mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü­ chen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungs­ beispieles.

Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt einer Axialkolbenmaschine im Bereich der Zylindertrommel mit Steuer- und Anschlußplatte,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht in Richtung A der Steuerplatte in Fig. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 die Zylindertrommel bezeichnet, die über eine Verzahnung 2 in der Durchgangsbohrung 10 mit der Welle 3 drehfest verbunden ist. Die Zylindertrommel weist leicht zur Drehachse 3a hin geneigte Bohrungen 4 zur Aufnahme der Kolben 5 auf, die in in den Bohrungen 4 eingebrachten Führungsbüchsen 6 geführt sind. Die aus den Bohrungen 4 herausgeführten Enden 5a der Kolben sind kalottenförmig ausgebildet und in entsprechend ausgebildeten Ausnehmungen 7 von Gleitschuhen 8 sphärisch gela­ gert. Die Gleitschuhe 8 stützen sich auf einer feststehenden, aber schwenkbaren Schrägscheibe bzw. Schwenkwiege 9 ab, deren Schwenkwinkel gegenüber der Senkrechten 9a zur Wellenachse 3a den Kolbenhub festlegt. In der gezeigten Lage der Schrägscheibe bzw. Schwenkwiege beträgt deren Schwenkwinkel null Grad, so daß die Kolben keinen Hub ausführen. Erst wenn die Schrägscheibe aus dem Null-Bereich heraus verschwenkt wird, wird ein Kolbenhub er­ zielt und damit ein Pumpen- oder Motorbetrieb ermöglicht. Die die Kolben aufnehmenden Bohrungen 4 der Zylindertrommel sind an ihrem der Schrägscheibe abgewandten Ende zu Steuerbohrungen 4a verengt, die mit Steuernieren 12, 13 (Fig. 3) der feststehenden Steuerplatte 14 zusammenarbeiten. Die Steuernieren stehen über Ausnehmungen 12a, 13a auf der gegenüberliegenden Seite der Steu­ erplatte 14 mit Zu- bzw. Abführöffnungen 15 für die Arbeitsflüs­ sigkeit der Anschlußplatte 16 in Verbindung. Um ein Abheben der Zylindertrommel 1 von der Steuerplatte während der Inbetrieb­ nahme zu unterbinden, ist ein unter Vorspannung stehendes Feder­ tellerpaket 19 zwischen der Stirnfläche 20 einer hülsenförmigen Verlängerung 1a der Zylindertrommel und einem die Axialkräfte aufnehmenden Abstützkörper 21 vorgesehen. Der Abstützkörper stützt sich seinerseits über seine sphärisch ausgebildet Außen­ fläche 21a an einem Zwischenring 25 ab, der sich wiederum mit einer Anschlagfläche an eine Gegenfläche 8c der Gleitschuhe 8 abstützt. Während des Betriebes wird die Zylindertrommel vom in den von den Kolben 5 begrenzten Arbeitsräumen 23 auftretenden Pumpen- bzw. Arbeitsdruck in Richtung der Steuerplatte gedrückt, da die Steuerbohrungen 4a einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Kolben 5 und demgemäß die daraus resultierende Diffe­ renzfläche eine wirksame Druckfläche für das Arbeitsmedium bil­ det und sich daraus eine in Richtung der Steuerplatte wirkende Druckkraft ergibt. Zur Verringerung der mechanischen Gleitrei­ bung zwischen Gleitschuhe und Schrägscheibe weisen die Gleit­ schuhe 8 Druckflächen 8a auf, die über eine Verbindungsbohrung 8b sowie jeweils über eine Axialbohrung 22 in den Kolben 5 mit den von den Kolben begrenzten Arbeitsräumen 23 in Verbindung stehen und damit auch unter den in den Arbeitsräumen vorherr­ schenden Druck. Um ein Abheben der Gleitschuhe von der Schräg­ scheibe unabhängig von der Kraft des Federpaketes 19 zu unter­ binden, muß die Druckfläche 8a kleiner sein als die dem Arbeits­ druck ausgesetzte Querschnittsfläche der Kolben 5.

Die Schwenkachse der Schrägscheibe 9, die den oberen und unteren Totpunkt der Kolbenhübe festlegt, und die Steuerplatte 14 mit Steuernieren 12, 13 sind so zueinander angeordnet, daß sich die Steuerbohrungen 4a in der Zylindertrommel im oberen und unteren Totpunkt der Kolben jeweils zwischen den beiden Steuernieren der Steuerplatte befinden, und zwar mit einer positiven Überdeckung nach jeder Steuerniere hin. Die benachbarten Steuerbohrungen 4a stehen über Drosselbohrungen 30 in der Zylindertrommel 1 mitein­ ander in Verbindung (Fig. 2). Die von außen eingebrachten Dros­ selbohrungen 30 sind nach außen durch einen Stopfen 31 ver­ schlossen. Durch diese Drosselverbindung der benachbarten Kol­ benräume 23 ist sichergestellt, daß während der Umsteuerphase vom Hochdruck zum Niederdruck keine ins Gewicht fallende und den Arbeitsbetrieb der Maschine beeinträchtigenden Druckspitzen in­ folge Nachkompression in den betreffenden Kolbenbohrungen der Zylindertrommel auftreten können, da bereits der Druckabbau in dem betreffenden Zylinderraum in Richtung des benachbarten mit der Niederdruckniere in Verbindung stehenden Zylinderraum ein­ setzt, bevor ersterer mit der Niederdruckniere in Verbindung tritt. Dieser Druckabbau findet also noch im Umsteuerbereich 24 der Steuerplatte statt, so daß bei der anschließenden Verbindung der Steuerbohrung 4a mit der niederdruckseitigen Steuerniere auf der Niederdruckseite keine ins Gewicht fallende Druckpulsation auftreten kann. Bei Pumpenbetrieb läßt sich gleichzeitig sicher­ stellen, daß die Verbindung der betreffenden Steuerbohrung mit der Niederdruck- bzw. Saugseite zu einem Zeitpunkt stattfindet, in der der Druck in der betreffenden Kolbenbohrung über den Druck der Niederdruckseite liegt, so daß eine unvollständige Füllung der Kolbenbohrung infolge erhöhten Unterdruckes und eine damit verbundene Kavitation im Steuerbereich wirkungsvoll zu un­ terbinden ist.

Die drosselnde Verbindung der Kolbenräume untereinander erfor­ dert keine zusätzlichen Maßnahmen an der Steuerplatte zur Unter­ bindung der vorgenannten Mängel wie Kavitation, Druckpulsation, erhöhte Geräuschemission oder unvollständige Füllung der Kolben­ bohrungen der Zylindertrommel bei Pumpenbetrieb. Diese dros­ selnde Verbindung arbeitet auch weitgehend unabhängig von der Drehzahl und dem Betriebsdruck der hydrostatischen Maschine.

Die Erfindung ist selbstverständlich auch bei Radialkolbenma­ schinen in einfacher Weise zu verwirklichen.

Claims (3)

1. Als Pumpe oder Motor arbeitende hydrostatische Ma­ schine, bestehend aus einer Zylindertrommel mit über den Umfang gleichmäßig verteilten Kolbenräumen zur Aufnahme von Arbeits- oder Kraftkolben, wobei die Kolbenräume mit Steuerbohrungen in Verbindung stehen, die mit Steuernieren einer feststehenden Steuerplatte zusammenarbeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenräume (23) über Drosselbohrungen (30) miteinander verbun­ den sind.

2. Als Pumpe oder Motor arbeitende hydrostatische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur die benachbar­ ten Kolbenräume (23) über Drosselbohrungen (30) in Verbindung stehen.

3. Als Pumpe oder Motor arbeitende hydrostatische Maschine nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrungen (30) die benachbarten mit den Steuernieren (12, 13) der Steuerplatte (14) zusammenwirkenden Steuerbohrungen (4a) der Kolbenräume (23) verbinden.