DE2220847A1 - Hydrostatisches Lager fuer die Antriebsscheibe von Kolbentrommelpumpen oder -motoren - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. H. MITSCHERLICH 8 MÜNCHEN 22,

Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Dr. rer. nah W. KÖRBER

PATENTANWÄLTE 27. April 1972

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

Patentanmeldung

Hydrostatisches Lager für die Antriebsscheibe von Kolbentrommelpumpen oder -motoren

Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Maschinen, beispielsweise Kolbentrommelmotoren oder -pumpen mit mehreren Zylindern, bei denen die Verteilung des Fluids auf die Zylinder mit Hilfe einer ebenen oder drehkörperartigen Steuerscheibe erfolgt. Der Ausdruck "Pumpe", der im folgenden benutzt werden wird, kann als Bezeichnung für eine Maschine aufgefaßt werden, die sowohl als Motor als auch als Pumpe arbeiten kann.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein hydrostatisches Lager, das zum Entlasten (Ausgleichen) der Antriebsscheibe

2098A9/1039

ORIGINAL INSPECTED

einer Pumpe dient, bei der eine Änderung des Hubvolumens durch Veränderung des Winkels erfolgt, der zwischen der Achse der Kolbentrommel und der Achse der Antriebswelle für die Pumpe eingeschlossen ist, wobei der Winkel Null einem Hubvolumen Null entspricht.

Wegen der Bauweise dieser Art von Pumpen nimmt die mit der Antriebswelle starr verbundene Antriebsscheibe die Druckbeanspruchung der Axialkolben auf· Diese Druckbeanspruchung enthält eine radiale und eine axiale Komponente.

Die radiale Komponente wird im allgemeinen von einem oder mehreren Kugel- oder Rollenlagern aufgenommen, obwohl auch Pumpen bekannt sind, in denen Gleitlager, hydrodynamische oder hydrostatische Lager verwendet worden sind.

Die Axialbeanspruchung wird in den meisten Fällen von Kugel-, Nadel- oder Rollenspurlagerη aufgenommen. In anderen Fällen wird diese Belastung auch von hydrostatischen Lagern aufgenommen, wie beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 20 3** 391.3 vom 10. Juli 1970 beschrieben·

Bei einer anderen Art von Pumpen wird die Antriebsscheibe nicht unmittelbar von der Antriebswelle in Betrieb gesetzt und die Pleuelstangen der Kolben stehen fast senkrecht auf ihr. Bei dieser bekannten Ausführung werden die Radialkräfte durch die Kolbentrommel aufgefangen, und sehr geringe Radialkräfte wirken auf die Scheibe ein, wodurch Wälzlager zum Aufnehmen dieser Kräfte entbehrlich werden.

Bei der erwähnten Art von Pumpen zeigt sich, daß die Radial- und Axialkräfte, denen die Antriebsscheibe unter-

209849/1039

22208Λ7

worfen ist, in Abhängigkeit von dem Knickwinkel der Pumpe variieren, auch wenn der Druck sich nicht ändert.

Bei Pumpen, deren Kolbentrommeldrehachse neigbar ist und bei denen die Antriebsscheibe direkt mit der Pumpenwelle verbunden ist, ist die von der Kolbentrommel aufgenommene. Axialbelastung bei gleichbleibendem Druck praktisch konstant, unabhängig von der Grosse des Neigungswinkels, denn sie hängt nur von Zahl und Durchmesser der Kolben ab.

Dadurch wurde es möglich, die von der Kolbentrommel aufgenommenen Axialbelastungen mit Hilfe einfacher hydrostatischer Lager aufzufangen«, Im allgemeinen ist das Profil der Hochdrucköffnung in der Steuerscheibe so ausgebildet, daß die in den Zylindern durch den Druck erzeugten Axialkräfte ausgeglichen werden» Die geringfügige verbleibende Unausgeglichenheit läßt sich durch die Grosse der zugelassenen Leckverluste beherrsehen.

Eine solche Lösung ist für die Antriebsscheibe der Pumpe nicht zulässig, denn die auf sie treffende Axialkraft ändert sich erheblich mit dem Cosinus des Neigungswinkels der Kolbentrommel. Die Forderung nach niedrigen Herstellungskosten, geringem Gewicht und hoher Leistung hat immer grössere Neigungswinkel der Kolbentrommel zur Folge. Bei bestimmten Pumpen erreicht man heute einen Neigungswinkel von 45°, dem eine auf die Scheibe einwirkende Axialkraft entspricht, die sich proportional zu dem Cosinus eines Winkels ändert, der zwischen 0° und 45° wechselt, d„h. der Cosinus-Wert ändert sich zwischen 1 und 0,707.

Daraus ergibt sich, daß die für den hydrostatischen Ausgleich der Antriebsscheibe erforderliche Kraft nun das 0,707-fache der Summe der Kolbenkräfte nicht übersteigen

209849/1039

kann (praktisch ungefähr 65 % dieser Kräfte, denn es ist immer eine gewisse Restkraft erforderlich, die die Spfegel in Berührung hält). Ein komplementäres Axiallager müßte also eine Kraft aufnehmen, die 35 % der Kolbenkräfte entspricht j wenn das Hubvolumen der Pumpe Null ist. Diese Werte gelten offensichtlich nur für einen Neigungswinkel von 45°.

Um die Änderung der Axialkraft bei der Änderung des Neigungswinkels der Kolbentrommel zu kompensieren, kann man beispielsweise den Speisedruck für das hydrostatische Lager der Antriebsscheibe mit Hilfe eines \öitils verändern, damit die Änderungen des Speisedrucks des Lagers den Änderungen der Axialkraft entsprechen.

Diese ihrem Prinzip nach relativ einfache Ausgleichseinrichtung weist aber doch mehrere Nachteile auf:

- der Raumbedarf der Pumpen in Querrichtung nimmt zu, denn das Druckmodulationsventil oder die Ventile dieser Art müssen in der Schwenkachse der Kolbentrommelhalterung angeordnet werden;

- die zusätzlichen Bearbeitungsvorgänge schliessen eine wirtschaftliche Verwendung von Lagern dieser Art aus;

- wenn schließlich in einem dieser Ventile Reibung auftrift, besteht die Gefahr, daß der Speisedruck des hydrostatischen Lagers der Antriebsscheibe zu niedrig oder zu hoch wird.

Ist der Druck zu hoch, kann man ihn herabsetzen mit Hilfe von einen Druckverlust bewirkenden Bauelementen, die in die Speiseleitungen für die Rillen des hydrostatischen

209849/1039 (

— ο —

Lagers eingesetzt werden, die in Kontakt mit der tragenden Fläche der Antriebsscheibe sind. Diese Druckverluste
führen eine Druckabnahme herbei, wenn der Durchsatz zunimmt; damit wird eine Unstabilität der Scheibe verhindert. Wenn demgegenüber der Speisedruck zu niedrig ist, werden
hydrodynamische Lager ähnlich denen der Kolbentrommel verwendet, um die zusätzliche, nicht ausgeglichene Belastung aufzufangen. Die Erscheinung der Änderung des Speisedrucks im hydrostatischen Lager stellt aber auf jeden Fall einen . Nachteil dar.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein hydrostatisches Lager zu entwickeln, das die
axiale Belastung der Antriebsscheibe einer hydraulischen
Axialpumpe oder eines hydraulischen Axialmotors mit umlaufenden Zylinderblöcken auszugleichen vermag, wobei es sich um die Bauweise mit "hintereinanderliegenden" Kolben oder neigbarem Zylinderblock, mit oder ohne Pleuelstangen handeln kann ·

Die Erfindung gibt insbesondere ein wirtschaftliches
hydrostatisches Lager an, das durch den von der Pumpe
erzeugten oder von dem dem Motor zugeführten Druck gespeist wird, unabhängig von der Höhe dieses Drucks und unabhängig von dem Neigungswinkel der Antriebsscheibe oder
der Pumpenwelle gegenüber der Drehachse der KolbentrommelT

Die Pumpe selbst könnte hinsichtlich der Druckregelung der in der deutschen Patentanmeldung P 20 29 087.5 vom
12. Juni 1970 der Anmelderin beschriebenen Pumpe entsprechen. Die Antriebsscheibe der Pumpe wird von einem Radiallager getragen, dessen Mittelebene möglichst mit der Ebene zusammenfällt, die durch die Zentren der Gelenklager der
Pleuelstangen, die in der Antriebsscheibe angeordnet sind,

209849/1039

verläuft.

Die Pumpe kann auch der in der französischen Patentanmeldung 70/25,147 beschriebenen Pumpe ohne Pleuelstangen entsprechen.

Das hydrostatische Lager für die Antriebsscheibe von hydraulischen Hochdruck-Kol'bentrommelmaschinen, mit einer Fluid-Steuerscheibe, die in Verbindung mit den Zylindern stehende Durchlässe und in diesen Zylindern Kolben aufwßist, die durch Gelenkköpfe mit einer Antriebsscheibe verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen auf einer Fläche einer Scheibe ausgebildet ist und ein Hauptlager aufweist, das einerseits aus einem ersten Satz von zwei gebogenen Nuten geringer Tiefe auf dieser Fläche besteht, die einer gleichartigen Fläche der Antriebsscheibe gegenübersteht, wobei die Nuten von Abdichtungsflächen umgeben sind und in Phasenbeziehung zu den Durchlässen der Fluidsteuerscheibe der Pumpe stehen, und andererseits aus einem zweiten Satz von Nuten auf der genannten Fläche der Antriebsscheibe, wobei diese letztgenanntenNuten kürzer sind als diejenigen des ersten Satzes, in gleicher Anzahl vorgesehen sind wie die Steueröffnungen am Ende der Zylinder der Kolbentrommel der Pumpe und mit ihnen in Phasenbeziehung stehen und daß das hydrostatische Lager mindestens drei zusätzliche einfache hydrostatische Hilfslager aufweist, die durch Ausnahmungen in der genannten Fläche der Scheibe des hydrostatischen Lagers gebildet werden, wobei diese Ausnehmungen konzentrisch zu den Nuten des ersten Rillensatzes des Hauptlagers angeordnet sind und einen grösseren Radius haben als die Nuten des Hauptlagers.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Aus-

209849/1039

gleichsvorrihtung an Hand der Zeichnungen, die folgendes darstellen:

Fig. 1 einen S dmitt durch eine mit einem erfindungsgemässen hydrostatischen Lager ausgestattete Pumpe;

Fig· 2 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe des hydrostatischen Lagers, gesehen in Richtung II-II nach Fig. 1;

Fig, 3 eine Draufsicht auf die Steuerscheibe des hydrostatischen Lagers, gesehen in Richtung III-III nach Fig. 1;

Fig. H eine Draufsicht auf die Antriebsscheibe, gesehen in Richtung IV-IV nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Form der Steuerscheibe des hydrostatischen Lagers;

Fig. 6 eine Draufsicht mit einer schematisierten Obersicht über die Speisung der hydrostatischen Lager der Steuerscheiben aus den Fig. 2 und 3;

Fig. 7 eine Draufsicht mit einer schematisierten Übersicht über eine abgewandelte Art der Speisung der hydrostatischen Lager der Steuerscheibe nach Fig. 6;

Fig. 8 eine vereinfachte Ausführungsform des in Fig. 7 gezeigten Beispiels mit einem Bahnwähler;

Fig. 9 eine Ausführungsform für die Rückschlagventile nach Fig. 7;

209849/1039

Fig. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 9;

Fig. 11 eine andere Ausführungsvariante für die Fläche der Steuerscheibe des hydrostatischen Lagers nach Fig. 2. .

Nach Fig. 1 wird die Antriebsscheibe 1 einer Kolentrommelpumpe in radialer Richtung von einem Nadellager 2 geführt und ist durch Längsnuten mit einer Antriebswelle 3 drehfest verbunden. Ein Kardangelenk *+ stellt die Verbindung dieser Welle mit der Kolbentrommel 5 her, die in reibungsarmen Lagern 6 umläuft und gegenüber dieser Welle geneigt ist. In den Zylindern 8 verschiebbare Kolben 7 sind mit ihren Pleuelstangen 9 an die Antriebsscheibe 1 angeschlossen, und die Gelenkköpfe 10 an den Enden der Pleuelstangen werden von Ausnehmungen 11 in einer Seite der Scheibe umschlossen.

Die entgegengesetzte Seite 12 der Scheibe legt sich gegen die Seite 13 einer Scheibe l*t eines erfindungsgemässen hydrostatischen Lagers,

Dieses hydrostatische Lager nimmt die Axükräfte auf, die auf die Antriebsscheibe 1 übertragen werden und regelt die axiale Lage der Scheibe 1 mit dem Ziel, die Reibungswirkungen zwischen der Fläche 13 der Scheibe 14 und der gegenüberliegenden Fläche 12 der Antriebsscheibe zu beseitigen, und um einen ausreichenden Abstand zwischen diesen Flächen aufrechtzuerhalten, damit eine zu hohe Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen des Fluids vermieden wird und die Leckverluste der Pumpe begrenzt werden. Ferner soll das Lager alle diese Eigenschaften auch dann beibehalten, wenn der Druck und der Neigungswinkel der Kolbentrommel der Pumpe sich ändern.

209849/1039

Um das zu erreichen, ist die Antriebsscheibe 1, deren Fläche 12 in Fig. 4 gezeichnet ist, mit einem Satz verhältnismässig flacher gebogener Nuten 15 versehen, der nachfolgend als zweiter Satz bezeichnet wird» Die Projektionen der Mittelpunkte der Gelenkköpfe 10 auf die Fläche 12 laufen genau durch die Mitte der Nuten 15 und in diesen herrscht der gleiche Druck wie in dem öl in dem zugehörigen Zylinder 8. Das wird erreicht durch die Bohrung 16 in dem Kolben, die Leitung 17 in der Pleuelstange 9 und die Bohrung 18 in der Antriebsscheibe 1; die Bohrung 18 verbindet die Ausnehmung 11 für den Gelenkkopf 10 mit der gebogenen Nut 15,

Nach Fig, 2 befindet sich auf der Fläche 13 der Steuerscheibe 11 des hydrostatischen Lagers ein erster Satz von zwei gebogenen, verhältnismässig flachen Nuten 19 und 20, die in radialer Richtung durch zwei Radien R₁ und R₉ be-

» Xi

grenzt sind, deren Längen jeweils einem der Radien gleich sind, die die gebogenen Nuten 15 der Antriebsscheibe nach Fig» 4 begrenzen.

Die gebogenen Nuten 19, 20 des ersten Satzes haben die gleiche Winkellage wie die Durchlässe 21, 22 der Steuerscheibe 23 der Pumpe, die an der Kolbentrommel 5 (Fig, I) anliegt. Diese Nuten sind jedoch etwas kürzer, damit die Verteilung des Fluids nur auf die öffnungen 24 am Ende der Kolbentrommel 5 zurückzuführen ist, die den Durchlässen 21, 22 der Steuerscheibe 23 der Kolbentrommel gegenüberstehen. Die Nuten 19, 20 der Steuerscheibe 14 des hydrostatischen Lagers sind von Dichtungsflächen S^, S₂ umgeben. Dasselbe gilt für die Verteilerdurchlässe 21, 22 in der Scheibe 23, Es ist bekannt, daß die Andruckkraft der Kolbentrommel einer Kolbenpumpe auf die zugeordnete Steuerscheibe im allgemeinen zu zwischen 90 und 95 % ausgeglichen wird

209849/1039

- ίο -

(es sind jedoch auch höhere oder niedrigere Werte möglich) durch die auf den Fluiddruck zurückzuführenden Reaktionskrfilte, die auf die Kolbentrommel in den Verteilerdurchlässen und unter den Dichtungsflachen dieser Scheibe angreifen*

Bei dem hydrostatischen Lager einer Antriebsscheibe wird ein sehr viel niedrigerer Ausgleichsbetrag angewandt. Xm vorliegenden Fall ist man bestrebt, 70 % der Kolbendruckkraft auszugleichen, wenn der Neigungswinkel der Kolbentrommel ihren Maximalwert erreicht hat.

Da die auf die Antriebsscheibe wirkende Axialkraft sich erheblich und zwar mit dem Cosinus des Neigungswinkels der Kolbentrommelachse ändert, kann die für den hydrostatischen Ausgleich der Antriebsscheibe erforderliche Kraft die 0,866-fache Summe der Schubkräfte der Kolben nicht übersteigen, wenn man die Maximalneigung der Kolbentrommel mit 30° ansetzt und weil der Cosinus von 30° 0,866 ist.

Die Reaktionskraft der Nuten 19,20 und der oben erwähnten Dichtungsflächen S. und S₂ ist demnach für einen maximalen Neigungswinkel von 10°:

T = 70 %, χ 0,866, also 60,62 % der Schubkraft der Kolben,

Das heißt mit anderen Worten, daß die auf die Antriebsscheibe wirkende Druckkraft 70 % der scheinbaren Druckkraft der Kolben ausgleicht, wenn der Neigungswinkel seinen Höchstwert (30°) hat und ungefähr 60 % der tatsächlichen Kolbendruckkraft, wenn der Neigungswinkel der Kolbentrommelachse Null ist. Dadurch ist man veranlaßt, zum Ausgleich der restlichen Prozente der Kolbenkräfte neben dem oben angegebenen hydrostatischen Lager noch zusätzliche Lager vor-

209849/1039

- li -

zusehen«

Diese zusätzlichen Lager sind ebenfalls als hydrostatische Lager ausgebildet, und wegen der verhältnismässig geringen Schwankung in den auszugleichenden Kräften ändert sich die Stärke des Ölfilms zwischen der Antriebsscheibe und diesen Lagern bei der Änderung des Neigungswinkels nur sehr wenig.

Nach Fig, 2 wird die Restwirkung der Kolbenschubkraft von vier zusätzlichen einfachen hydrostatischen Lagern 25, 26, 27, 28 aufgenommen.

Im Prinzip würden drei eirfäche hydrostatische Lager ausreichen, vor allem dann, wenn immer die gleichen Pumpenöffnungen an den hohen bzw. den niederen Druck angeschlossen sind. In diesem Fall richtet man die zusätzlichen hydrostatischen Lager 29, 30, 31 einer Lagerscheibe Ik¹ ein, wie in Fig. 5 gezeichnet. Das erste und das zweite einfache hydrostatische Lager 29 und 30 werden dort aus der Hochdrucknut 20 über ein nicht gezeichnetes Bauteil gespeist, wodurch ein wirbelfreier Druckabfall entsteht. Die Fläche dieser beiden Lager 29, 30 ist so gewählt, daß die Restkräfte für einen Druck' aufgefangen werden, der sehr viel niedriger ist als der Arbeitsdruck der Pumpe.

Das dritte zusätzliche hydrostatische Lager 31 wird ebenfalls über die Hochdrucknut 20 gespeist, und dessen Fläche ist kleiner, es ist viel weniger stark belastet als die zusätzlichen hydrostatischen Lager 29 und 30. Natürlich könnte das dritte Lager 31 auch aus der Niederdrucknut 19 gespeist werden, sofern allerdings dieser Pumpendruck ausreicht, In diesem Fall würde die Fläche des dritten Lagers 31 grosser zu wählen sein. In Wirklichkeit wird die Anordnung der

209849/1039

drei Lager so gewählt, daß der Angriffspunkt der auszugleichenden Kraft im Inneren des Polygons liegt, das durch die Schwerpunkte der Flächen der zusätzlichen hydrostatischen Lager verläuft.

Diese Lösung ist auch bei Pumpen für zwei Drehrichtungen anwendbar, auch wenn sie als Motoren arbeiten,vorausgesetzt nur, daß immer die gleiche Nut am hohen Druck liegt·

In Fig. 6 ist schematisch eine Steuerscheibe 114 eines hydrostatischen Lagers einer Antriebsscheibe für eine Pumpe gezeichnet, die auch als Motor in beiden Drehrichtungen arbeiten kann, bei der der Neigungswinkel der Kolbentrommel aber von 0° bis zu seinem Maximalwert nur auf einer Seite der Achse der Pumpenwelle variieren kann.

Das zusätzlicheLager 12 5 wird aus einer Nut 120 über ein Bauteil 132 gespeist, das einen Druckabfall herbeiführt; dieses Lager steht aach mit der Nut 119 des Hauptlagers über ein Bauteil 133 in Verbindung, das einen Druckabfall herbeiführt. Das zusätzliche Lager 126 wird aus der gleichen Nut 119 über ein einen Druckabfall herbeiführendes Bauteil 134 gespeist; dieses Lager steht ferner über ein einen Druckabfall herbeiführendes Bauteil 135 in Verbindung mit der Nut 120, Das Lager 127 wird aus der Nut 119 über ein Bauteil 136 gespeist, das einen Druckabfall herbeiführt, und das Lager 128 wird aus der Nut 120 über ein einen Druckabfall herbeiführendes Bauteil 137 versorgt β

Man erkennt, daß, unabhängig davon, welche der Nuten 119 oder 120 unter Druck steht, immer drei Lager unmittelbar mit hohem Druck versorgt werden»

209849/1039

Erfahrungsgemäß ist es bei einer Pumpe mit sieben Kolben vorteilhaft, die Fläche jedes zusätzlichen hydrostatischen Lagers 25, 26, 27, 28 gleich dem 1- bis 1,5-fachen der Querschnittsfläche eines Kolbens zu wählen.

Der Druck in den verschiedenen hydrostatischen Lagern liegt demnach im Betrieb zwischen 12 und 40 % des Betriebsdrucks der Pumpe. Die Leckmengen jedes hydrostatischen Lagers sind demnach geringfügig gegenüber dem Pumpendurchsatz und beeinflussen die Volumenleistung nicht merklich. Die einenDruckabfall herbeiführenden Bauteile sind leicht herzustellen, ohne daß sie sehr empfindlich gegen Verunreinigungen des Fluids währen; Einzelheiten hierzu werden weiter unten beschrieben.

Während der Änderungen des Neigungswinkels der Kolbentrommel 5 liegen die entsprechenden Änderungen des Abstands zwischen den hydrostatischen Lagern und der Antriebsscheibe in der Grössenordnung von 0,001 mm«

Fig. 7 zeigt eine weitere Möglichkeit für die Versorgung von vier zusätzlichen hydrostatischen Lagern; danach weist die Steuerscheibe 214 der hydrostatischen Lager der Antriebsscheibe zwei zusätzliche Lager 227 bzw. 228 auf, die aus Nuten 219 bzw. 220 über Bauteile 236 bzw. 237 gespeist werden, die Druckabfälle herbeiführen. Die beiden anderen Lager 22 5 bzw. 22 6 werden durch die Hochdrucknut 219 oder 220 über Bauteile 233 bzw. 234, die einen Druckabfall herbeiführen und zwei Rückschlagventile 238 bzw, 239, die die an niedrigem Druck liegende Nut abzusperren vermögen, gespeist.

Fig. 8 zeigt, daß es möglich ist, die Rückschlagventile 238, 2 39 aus Fig. 7 durch einen Bahnwähler 240 zu ersetzen.

209849/1039

In allen genannten Fällen kann man so vorgehen, daß alle zu Druckabfällen führenden Bauteile in ein und derselben Pumpe gleichartig ausgebildet sind. Unter dieser Bedingung, die aber nicht zwingend ist, läßt sich, wie weiter unten gezeigt wird, die Herstellung,vereinfachen· Diese einen Druckabfall herbeiführenden Bauteile lassen sich beispielsweise als aufgesetzte zylindrische Teile mit einer Schraubenliniennut ausführen.

Für die Großserienfertigung empfiehlt es sich bekanntermaßen, die Lagerscheiben 14 oder die Steuerscheiben 2 3, gleichgültig, ob sie sich an der Kolbentrommel 5 oder an der Antriebsscheibe 1 befinden, aus Sintermetall herzustellen. Die Vorderseite 13 der Steuerscheibe 14 des hydrostatischen Lagers könnte nämlich roh gesintert ohne Nachbearbeitung bleiben, denn da der von den Lagern herrührende Ausgleichsbetrag nur gering ist, ist hohe Genauigkeit weder bei den Durchmessern der zusätzlichen hydrostatischen Lager 25, 26, 27, 28 noch bei den Durchmessern der Dichtungsflächen S., S₂ erforderlich.

Bohrungen 41 bzw. 42 verbinden die Nuten 19 bzw. 20 der Vorderfläche 13 (Fig. 2) der Steuerscheibe 14 des hydrostatischen Lagersmit der Rückseite 43 (Fig. 3). Diese Bohrungen öffnen sich gegen Zuführungskanäle 44 bzw. 45, und das Fluid wird zugeordneten Elementen 46, 47, 48, 49 zugeleitet, die von zwei Kreisnuten gebildet werden^ die konzentrisch zu der Achse der Antriebsscheibe verlaufen und in die rückwärtige Fläche 43 der Scheibe 14 des hydrostatischen Lagers geschnitten sind; diese Elemente rufen Druckabfälle in der Bahn des Fluids hervor. Bohrungen 50 bzw. 51 verbinden die Elemente 48 bzw. 46 mit den Hohlräumen der zusätzlichen hydrostatischen Lager 2 6 bzw. 25 der Vorderseite 13.

209849/1039

Entsprechend verbinden Bohrungen 52 bzw.' 53 die Nuten 19 bzw· 20 der Vorderseite 13 mit der rückwärtigen Fläche 43 der Scheibe IH. Das Fluid wird durch Kanäle 54, 55 in der Fläche 43 bis an die Öffnungen 56 und 57 geführt, die sich an der Vorderseite 13 öffnen. . ·

In die Vorderseite 13 geschnittene Kanäle 58 und 59 und Bohrungen 60, 61 senden das Fluid an die rückwärtige Fläche 43; die letztgenannten Bohrungen münden an einem Radius aus, der grosser ist als der der Nutelemente 46, 47, 48, 49. Die Austrittsöffnungen der Bohrungen an der Rückseite 43 sind durch Halbkreisnuten 62^ 63 verlängert, die konzentrisch zu den Nuten 46 bis 49 verlaufen und Druckabfälle hervorrufen; sie speisen Bohrungen 64, 65, die in den Hohlräumen der hydrostatischen Lager 28 und 27 ausmünden, die sich auf der Vorderseite 13 der Steuerscheibe 14 befinden.

Der Deutlichkeit halber sind in den Fig. 2 und 3 alle diejenigen Flächen, die in der Ebene der Vorderseite 13 und der Rückseite 43 liegen, leicht schraffiert ausgeführt«

Man könnte in entsprechender Weise die Elemente nach Fig. ausbilden, die Druckabfälle herbeiführen. Nach den Fig. 9 und 10 lassen sich die Rückschlagventile 238,' 239 beispielsweise mit Kugeln 66 ausführen, die in der Masse der Steuerplatte 214 und frei zur Rückseite 243 liegen. Die Ausnehmungen 67 und die Sitze 67 der Kugelventile würden unbearbeitete Sinterflächen sein.

DieDrackabfälle werden in den meisten Fällen von Nuten mit einer Weite von 0,3 bis 1 mm, je nach den Pumpenabmessungen, hervorgerufen; diese Nuten können rohe Sinterr flächen sein oder auch in die Rückseite 43 der Scheibe 14

209849/1039

— Ib —

(oder 114, 214) geschnitten sein. Im letzteren Fall weisen die die Druckabfälle herbeiführenden Nuten vorzugsweise gleiche Bogenlänge auf, oder stehen im Verhältnis ganzzahliger Vielfacher zueinander, damit sie gleichzeitig mit mehreren Werkzeugen hergestellt werden können.

Eine Voraussetzung für die genannte Konstruktion ist, daß die Rückseite 43 der Scheibe 14 der Fläche, gegen die sich diese Seite 43 legt, genau angepaßt ist, damit Leckverluste in radialer Richtung zu vernachlässigen sind. Diese Bedingung läßt sich nach den üblichen Bearbeitungsmethoden leicht erfüllen.

Voraussetzung für eine gute Wirkungsweise des hydrostatischen Lagers ist die Stabilität der Steuerscheibe 14. Wenn nämlich die Vorderseite 13 dieser Scheibe die gesamte Schubkraft der Kolben 7 aufnimmt, stehen die verschiedenen Bereiche der rückwärtigen Fläche 43 unter Druck. Damit die Platte 14 stabil bleibt, muß die Summe der Kräfte auf die Scheibenrückseite kleiner sein als die Druckkraft der Kolben und muß das Kraftmoment auf diese Fläche kleiner sein als das Moment, das sich aus der Schubkraft der Kolben ergibt und zwar damit die Platte nicht kippen kann. Für den Ausgleich der Scheibe 14 wird durch seitliche Begrenzung der Dichtungsflächen gesorgt, die die Elemente, die die Druckabfälle herbeiführen und die Fluidzufuhrkanäle umgeben.

Das erfindungsgemässe hydrostatische Lager wird mit Vorteil bei den Axialpumpen verwendet, die in der schon erwähnten französischen Patentanmeldung 70/25.147 der Anmelderin beschrieben sind. Bei einer solchen Pumpe legen sich die Kolbenfußplatten gegen eine rotierende Platte,

209849/1039

deren Unterseite auf einem hydrostatischen Lager einer Antriebsscheibe ruht. Da diese Pumpen nur einen kleineren maximalen Neigungswinkel der Platte zeigen (ungefähr 20°), kann der Ausgleich durch die Nuten bedeutsamer sein«

Die hier dargestellte Anwendungsweise stellt keine Einschränkung dar. Beispielsweise könnte man die Nuten 19 und 20 der Scheibe IU durch eine äussere Druckquelle oder durch den von der Pumpe selbst erzeugten Druck speisen lassen, ohne daß dazu die durchbohrten Pleuelstangen durchlaufen würden. Dem Fachmann sind weitere Varianten, die hier im einzelnen nicht angeführt werden können und die im Rahmen der Erfindung liegen, durchaus geläufig.

Andere Ausführungen oder Anordnungen von Elementen zum Herbeiführen von Druckabfällen sind offensichtlich denkbar und können in bestimmten Fällen merkliche Vorteile bieten·

Wenn beispielsweise eines der drei zusätzlichen hydrostatischen Lager, die gleichzeitig an Druck liegen, viel weniger belastet ist als die beiden anderen, kann man gemäß Fig. 11 zwischen den Nuten 319, 320 der Hauptlager der Scheibe 31H ein- einen Druckabfall herbeiführendes Element 335 vorsehen, das das am wenigsten belastete zusätzliche Lager (hier das Lager 326, wenn die Nut 320 an Hochdruck liegt) daran hindert, die Antriebsscheibe 1 der Pumpe zu sehr anzuheben. Das Element 335 wird mit den zusätzlichen Lagern 325 und 326 durch gleichartige Elemente 333 und 3 3U und durch Ventile 338, 339 mit den Nuten 319, 320 verbunden.

Schließlich ergibt sich, daß, wenn die Nut 320 an Hoch-

209849/1039

druck liegt, der jeweils in den zusätzlichen Lagern 325, 326, 328 herrschende Druck zu variieren ist, indem man für ein und denselben Ausgleichsgrad die Durchmesser der Ränder der Nut 320 und die Durchmesser der Dichtungsflächen abändert»

Der Schwerpunkt der an der Antriebsscheibe durch die Kolben angreifenden Kräfte hängt nämlich nur von dem Durchmesser des angenommenen Zylinders ab, der durch die Achsen der Zylinder führt und des Zylinders, der durch die Mittelpunkte der Gelenkköpfe der Scheibe läuft; demgegenüber hängt die Lage der Gegenwirkung der Nuten von deren Durchmesser und von dem Durchmesser der Dichtungsflächen ab.Man erkennt, daß man durch Verändern dieser Durchmesser den Angriffspunkt der Gegenwirkung der hydrostatischen Lager verlagern kann und damit den Druck ändern kann, der in den verschiedenen Lagern auftritt (während die Summe der Drücke natürlich konstant bleibt).

Ansprüche:

209849/1039

Claims (1)

1. A η sp rüc h e

   1.) Hydrostatisches Lager für die Antriebsscheibe von hydraulischen Hochdruck-Kolbentrommelmaschineii, mit einer Fluid-Steuerscheibe, die in Verbindung mit den Zylindern stehende Durchlässe und in diesen Zylindern Kolben aufweist, die durch Gelenkköpfe mit einer Antriebsscheibe verbunden sind, . ■

   dadurch gekennzeichnet, daß das Lager im wesentlichen auf einer Fläche (13) einer Scheibe (14) ausgebildet ist und ein Hauptlager aufweist, das einerseits aus einem ersten Satz von zwei gebogenen Nuten (19, 20) geringer Tiefe auf dieser Fläche besteht, die einer gleichartigen Fläche (12) der Antriebs scheibe (1) gegenüber·»· steht, wobei diese Nuten von Abdichtungsflächen (S., S„) umgeben sind und in Phasenbeziehung zu den Durchlässen (21, 22) der Fluid-Steuerscheibe (23) der Pumpe stehen und andererseits aus einem zweiten Satz von Nuten (15.) auf der genannten Fläche (12) der Antriebsscheibe, wobei diese letztgenannten Nuten kürzer sind als diejenigen des ersten Satzes, in gleicher Anzahl vorgesehen sind wie , die Steueröffnungen (24) am Ende der Zylinder (8) der Kolbentrommel (5) der Pumpe und mit ihnen in Phasenbeziehung stehen, und daß das hydrostatische Lager mindestens drei zusätzliche einfache hydrostatische Hilfslager· aufweist, die durch Ausnehmungen (25 bis 28 oder 29, 30, 31) in der genannten Fläche (13) der Lagerscheibe (14) gebildet werden, wobei diese Ausnehmungen konzentrisch zu den Nuten (19, 20) des ersten Rillensatzes des Hauptlagers

   209849/1039

   angeordnet sind und einen grösseren Radius haben als die Nuten des Hauptlagers.

   2, Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (19, 20, 15) das ersten und des zweiten Satzes des hydrostatischen Hauptlagers eine solche Länge besitzen, daß bei der Rotation der Maschine der Verbindung einer Nut (19 oder 20) des ersten Satzes mit einer Nut (15) des zweiten Satzes immer die Verbindung der Steueröffnung (24) am Ende des Zylinders (8) der Kolbentrommel (5) mit dem entsprechenden Durchlaß (21 oder 22) der Fluidsteuerscheibe (2 3) vorausgeht und daß die Sperre der genannten Verbindung zwischen den jeweiligen Nuten des ersten und des zweiten Satzes die Sperre der Verbindung der genannten Öffnungen (24) und Durchlässe (21, 22) der Fluidsteuerscheibe (23) verausgeht, wobei der genannte"erste Nutensatz jeweils unter dem gleichen Druck steht wie die zugeordneten Durchlässe der Fluidsteuerscheibe,

   Hydrostatisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen hydrostatischen Lager in an sich bekannter Weise so gespeist werden, daß sich für den ganzen Bereich von Drücken und Hubvolumen der Maschine derAbstand zwischen den zugehörigen Flächen, der sich gegenüber der Fläche (12) der Antriebsscheibe (1) und Fläche (13) der Lagerscheibe (14) ergibt, in vorgegebenen Grenzen ändert.

   4«, Hydrostatisches Lager nach den Ansprüchen 1 bis 3, da-

   209849/10 3 9

   durch gekennzeichnet, daß die Lagerscheibe <1H) aus Sintermetall besteht»

   5, Hydrostatisches Lager nach Anspruch H, dadurch gekennzeichnet, daß eine rückwärtige Fläche (H3) der Lagerscheibe (IH) j entgegengesetzt zu der Vorderflache (13) und der rückwärtigen Fläche (12) der Antriebsscheibe (1) gegenüberstehend, Elemente von Kreisnuten (H6 bis H9, 62, 63) aufweist, die konzentrisch zu der Achse der Antriebsscheibe verlaufen und Druckabfälle hervorrufen.

   Hydrostatisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebogenen Nuten (19, 20) des ersten, auf der Fläche (13) der Lagerscheibe (IH) gegenüber dar Antriebsscheibe (1) hergestellten Nuten» satzes mit den entsprechenden Durchlässen (21, 22) der Fluidsteuerscheibe (23) der Kolbentrommel (S) über Bohrungen (16, 17, 18) in Verbindung stehen, die in an sich bekannter Weise in die Kolben (7), Pleuelstangen (9) und die Antriebsscheibe (1), die sich zwischen der Scheibe (IH) des hydrostatischen Lagers und der Fluidsteuerscheibe (23) erstrecken, gearbeitet sind»

   7. Hydrostatisches Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerscheibe (IH) des hydrostatischen Lagers einen ersten Satz von Bohrungen (Hl, H2) aufweist, diöüurch die Scheibe einerseits in die Nuten (19, 20) der vorderen Fläche (13) und andererseits in Kanäle (HH, H5) münden, die mit den Nuten (H6 und H9)

   209849/1039

   der rückwärtigen Fläche (43) verbunden sind, und daß ein zweiter Satz Bohrungen (50, 51, 64, 65) jeweils die Nuten (48, 46 und 62, 63) der rückwärtigen Fläche (43) mit den zusätzlichen einfachen hydrostatischen Lagern (25, 26, 27, 28) verbindet.

   8* Hydrostatisches Lager nach Anspruch 7, dadurch gekenn- - zeichnet, daß jede Nut (219, 220) des ersten Satzes auf der genannten vorderen Fläche (13) der Steuerscheibe (214) des Lagers mindestens drei zusätzliche einfache hydrostatische Lager (225, 226, 228 oder 225, 226, 227) über Druckabfälle hervorrufende Elemente (2 33 bis 237) speist und daß die drei zusätzlichen Lager so angeordnet sind, daß der Angriffspunkt der auszugleichenden Axialkraft, die auf die Antriebsscheibe (1) einwirkt, immer im Inneren des Polygons liegt, das durch die Schwerpunkte der Flächen der zusätzlichen einfachen hydrostatischen Lager verläuft.

   9. Hydrostatisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (214) des hydrostatischen Lagers Rückschlagventile (238, 239) aufweist, die zwischen die einen Druckabfall hervorrufenden Elemente (2 33, 2 31) geschaltet und verbunden sind mit den zusätzlichen hydrostatischen Lagern (225, 226) und den Nuten (220, 219) des ersten Satzes des hydrostatischen Hauptlagers, und daß diese Ventile so angebracht sind, daß sie die Nut absperren, die an dem niedrigeren Druck liegt.

   10. Hydrostatisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

   209849/1039

   dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines (125) der zusätzlichen hydrostatischen Lager über zwei getrennte Elemente (Ϊ32, 133) gespeist werden kann, die Druckabfälle hervorrufen und mit jeweils einer zugeordneten
   Nut (120, 119) des hydrostatischen Hauptlagers verbunden sind.

   Der Patentanwalt

   209 8 49/1039