DE3921790A1

DE3921790A1 - Hydrostatische verdraengermaschine

Info

Publication number: DE3921790A1
Application number: DE3921790A
Authority: DE
Inventors: Guenther Nagel; Franz Arbogast; Peter Peiz
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-01-17
Also published as: GB2235500B; KR910003256A; IT9067461A0; US5081907A; FR2649163B1; JPH0343680A; GB2235500A; IT9067461A1; IT1240958B; FR2649163A1; GB9014509D0

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine, z.B. eine Radialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) oder eine Flügelzellenmaschine (Pumpe oder Motor), im einzelnen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bekannte Maschinen dieser Art sind beschrieben beispielsweise in den folgenden Druckschriften:
DE-OS 35 45 019,
DE-OS 37 00 573.

Die aus der DE-OS 35 45 019 bekannte Radialkolbenpumpe hat einen drehbaren Zylinderblock, der auf einem feststehenden Steuerzapfen gelagert ist. Dieser ruht in einem Gehäuse, dessen Innenraum durch einen Gehäusedeckel abgeschlossen ist. In dem Zylinderblock befinden sich mehrere radial verschiebbare Kol ben, die sich über je einen Kolbenschuh an der Innenseite eines Hubringes abstützen. Aus der DE-OS ist nicht unmittelbar er kennbar, daß der Hubring quer zur Drehachse des Zylinderblockes verschiebbar ist, um den Hub der Kolben verändern zu können, jedoch soll dies als bekannt gelten. Dabei sind alle Bereiche des Gehäuseinnenraumes, also die radial innerhalb und die ra dial außerhalb des Hubringes liegenden Bereiche des Gehäusein nenraumes miteinander verbunden und mittels eines Leckölauslas ses an einen Niederdruckbereich (z.B. in Form eines Flüssig keitsbehälters) angeschlossen.

Radialkolbenmaschinen dieser Bauart (die entweder als Pumpe oder als Motor arbeiten) und die nach ähnlichem Prinzip arbei tenden Flügelzellenmaschinen haben sich in der Praxis bewährt. Unangenehm ist jedoch bisweilen das von diesen Verdrängerma schinen im Betrieb hervorgerufene Geräusch, insbesondere die häufig wahrzunehmende Geräuschänderung. Die Geräusch-Intensität nimmt vor allem dann höhere Werte an, wenn sich der Hubring in einer Zwischenstellung befindet, d.h. wenn der Hubring an kei nem seiner beiden Endanschläge anliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, durch die bei den oben erwähnten hydrostatischen Verdrängerma schinen das im Betrieb, insbesondere bei einer Zwischenstellung des Hubringes hervorgerufene Geräusch vermindert wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Dadurch, daß im Gehäuseinnenraum radial außerhalb des Hubringes ein bestimmter, über dem Atmosphären druck liegender Flüssigkeitsdruck eingestellt wird, gelingt es in überraschender Weise, die Geräusch-Abstrahlung der erfin dungsgemäßen Verdrängermaschine wesentlich zu reduzieren. Dies gilt hauptsächlich für denjenigen Betriebszustand, bei dem sich der Hubring in einer Zwischenstellung befindet und bei dem bis her im Betrieb ein besonders intensives Geräusch entstand. Ins besondere gelingt es, die verbleibende Geräusch-Intensität gleichmäßiger als bisher zu halten.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die gewünschte Abdichtung zwischen dem radial außerhalb des Hubringes befindlichen Be reich und dem radial innerhalb des Hubringes befindlichen Be reich des Gehäuseinnenraumes herzustellen. Eine erste Möglich keit ist in den Ansprüchen 7 und 8 angegeben. Danach wird an einer der beiden Stirnseiten des Hubringes zwischen den Hubring und die benachbarte Gehäusewand ein ringförmiges Dichtelement eingesetzt. Durch dieses Dichtelement wird der Hubring zugleich mit seiner anderen Stirnseite an die dort benachbarte Gehäuse wand dichtend angedrückt. Diese bevorzugte Konstruktion hat den Vorteil, daß relativ grobe Fertigungstoleranzen (für die Breite des Hubringes und für den Abstand zwischen den betreffenden Ge häusewänden) zugelassen werden können. Dieser Vorteil ist auch erzielbar bei der im Anspruch 9 beschriebenen Konstruktion. Eine weitere Alternative ist die im Anspruch 10 beschriebene Möglichkeit. Hierbei wird auf spezielle Dichtungselemente ver zichtet. Statt dessen liegen die Stirnflächen des Hubringes un mittelbar an den benachbarten Gehäusewänden an. Jedoch muß da für gesorgt werden, daß der Hubring nach wie vor quer zur Dreh achse des Zylinderblockes verschiebbar bleibt. Folglich müssen die Einzelteile mit hoher Genauigkeit gefertigt werden.

Laut Anspruch 1 soll in dem radial außerhalb des Hubringes be findlichen Bereich des Gehäuseinnenraumes ein mittlerer Flüs sigkeitsdruck herrschen. Dies bedeutet jedoch nicht, daß dieser Druck (rechnerisch) in der Mitte zwischen den im Hochdruck- und Niederdruckkanal herrschenden Drücken liegt. Vielmehr soll er nur um wenige bar über dem Atmosphärendruck oder über dem Druck liegen, der in dem radial innerhalb des Hubringes befindlichen Bereich des Gehäuseinnenraumes herrscht.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, um in dem radial außer halb des Hubringes befindlichen Bereich des Gehäuseinnenraumes den genannten "mittleren" Druck aufzubauen. Denkbar ist z.B., daß ohne besondere zusätzliche Maßnahmen Leckflüssigkeit aus dem Hochdruckbereich in den radial äußeren Bereich des Gehäuse innenraumes eindringt und dort den "mittleren" Druck aufbaut. Damit dieser "mittlere" Druck auf beispielsweise 2 bis 4 bar begrenzt wird, kann der radial äußere Bereich über einen hy draulischen Widerstand, z.B. eine Drossel mit dem radial inne ren Bereich verbunden werden.

Vorzugsweise wird man jedoch - um den "mittleren" Druck mit Sicherheit auf dem gewünschten Wert zu halten - gemäß Anspruch 2 Flüssigkeit bewußt aus einer Druckquelle in den radial äuße ren Bereich einspeisen. Außerdem ist es vorteilhaft, gemäß An spruch 3 oder 4, die beiden radial außerhalb und radial inner halb des Hubringes liegenden Bereiche miteinander über ein Druckventil zu verbinden. Bei allen Ausführungsformen der Er findung ist vorausgesetzt, daß der radial innerhalb des Hubrin ges befindliche Bereich (so wie bisher der gesamte Gehäusein nenraum) an einen Niederdruckbereich angeschlossen ist, bei spielsweise an einen externen drucklosen Flüssigkeitsbehälter oder an den im Gehäuse befindlichen Niederdruckkanal.

Als externe Druckquelle (für den radial äußeren Bereich) kann man vorzugsweise den Leckölraum eines zur Verdrängermaschine gehörenden Regelgerätes verwenden. Dieses Regelgerät (z.B. Druckregelgerät) ist unmittelbar an das Gehäuse der Verdränger maschine angebaut und dient zum Einstellen der jeweils gewünsch ten Exzentrizität (Abstand zwischen Hubring-Achse und Zylinder block-Drehachse). Mit anderen Worten: Man leitet das im Regel gerät anfallende Stellöl und/oder das Lecköl in den radial außerhalb des Hubringes liegenden Bereich des Gehäuseinnen raumes. Somit baut sich dort der "mittlere" Druck auf in Höhe von beispielsweise 2 bis 4 bar, je nach Einstellung des im An spruch 3 genannten Druckventils.

Jedoch kann der radial außerhalb des Hubringes befindliche Be reich des Gehäuseinnenraumes auch an irgendeine andere externe Druckquelle angeschlossen werden. Eine weitere Möglichkeit be steht darin, gemäß Anspruch 6 als Druckquelle den im Gehäuse befindlichen Niederdruckkanal zu verwenden. Dies ist dann mög lich, wenn die erfindungsgemäße Verdrängermaschine Teil eines geschlossenen Hydrauliksystems ist, wobei im Niederdruckkanal ein "mittlerer" Druck herrscht.

Andere Variationsmöglichkeiten ergeben sich, wenn in dem Nie derdruckkanal wenigstens angenähert Atmosphärendruck herrscht. In diesem Fall ist es denkbar, den radial innerhalb des Hubrin ges befindlichen Bereich des Gehäuseinnenraumes unmittelbar mit dem Saugkanal zu verbinden. Oder man verbindet nur den Auslaß des (im Anspruch 3 erwähnten) Druckventils mit dem Saugkanal.

Weitere Ausgestaltungen und Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Radialkolbenmaschine im Längsschnitt.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen verschiedene von den Fig. 1 und 2 abweichende Einzelheiten.

Die wesentlichen und schon bekannten Bestandteile der darge stellten Radialkolbenmaschine (beispielsweise Radialkolbenpum pe) sind die folgenden:
Ein Gehäuse 10, in das ein feststehender Steuerzapfen 11 einge setzt ist, ist durch einen Gehäusedeckel 12 verschlossen. In diesem ist eine Antriebswelle 13 gelagert (Wälzlager 14, An triebswellendichtung 15). Die Antriebswelle 13 ist mittels einer Kupplung 16 mit einem Zylinderblock 17 verbunden, der auf dem Steuerzapfen 11 drehbar gelagert ist. Im Zylinderblock 17 befinden sich, in sternförmiger Anordnung, beispielsweise sie ben Kolben 18. Jeder dieser Kolben 18 ist gelenkig mit einem Kolbenschuh 19 verbunden. Ein Hubring 20 nimmt im Gehäuse 10 eine relativ zum Steuerzapfen 11 exzentrische Lage ein. Die Kolbenschuhe 19 gleiten entlang der inneren Mantelfläche des Hubringes 20. Die Größe der Exzentrizität e zwischen Steuer zapfen 11 und Hubring 20 ist veränderbar durch Verschieben des Hubringes 20 mit Hilfe von Stellkolben 21 und 22. Durch das Gehäuse 10 und durch den Steuerzapfen 11 erstrecken sich ein Niederdruckkanal 23 und ein Hochdruckkanal 24. Ein Regelgerät zum Einstellen des auf die Stellkolben 21/22 wirkenden Flüssig keitsdruckes ist in Fig. 2 weggelassen; siehe jedoch Fig. 3.

Der radial innerhalb des Hubringes 20 befindliche Bereich 25 des Gehäuseinnenraumes, in dem die beweglichen Teile 13, 14 und 16 bis 19 umlaufen, ist über einen Leckölkanal 29 mit einem Niederdruckbereich, z.B. mit einem drucklosen Ölbehälter 9 (nur symbolisch dargestellt) verbunden. Somit herrscht in diesem ra dial inneren Bereich 25 ein Druck, der ungefähr zwischen 0 und 1 bar beträgt.

Gemäß der Erfindung ist nun der radial außerhalb des Hubringes 20 befindliche Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes vom übrigen Gehäuseinnenraum, d.h. vom radial innereren Bereich 25, abge trennt. Zu diesem Zweck ist gemäß Fig. 1 und 2 in einer der Stirnflächen des Hubringes 20 eine Ringnut 30 vorgesehen, worin sich ein axial verschiebbarer Dichtring 31 befindet. Mit Hilfe wenigstens eines elastischen Elements 32 (z.B. O-Ring) werden Hubring 20 und Dichtring 31 in Axialrichtung auseinanderge spreizt. Hierdurch liegt der Hubring 20 mit seiner einen Stirn fläche stets dichtend an der Fläche 40 des Gehäuses 10 an, wäh rend an der gegenüberliegenden Stirnfläche des Hubringes 20 der Dichtring 31 ständig dichtend an der Fläche 41 des Gehäuse deckels 12 anliegt. Wesentlich ist nun, daß sich in dem radial äußeren Bereich 26 des Innenraumes ein "mittlerer" Druck von ca. 2 bis 4 bar aufbaut. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß Leckflüssigkeit aus dem weiter unten erwähnten Druckraum 54 (siehe Fig. 3) entlang dem Stellkolben 21 in den äußeren Be reich 26 eindringt. Vorzugsweise wird jedoch der äußere Bereich 26 über einen Kanal 33 mit irgendeiner Druckquelle verbunden, so daß der Aufbau des "mittleren" Druckes in dem genannten Be reich 26 möglichst rasch erfolgt.

Es ist zweckmäßig, stets eine gewisse Druckdifferenz einzuhal ten zwischen dem Druck, der im radial äußeren Bereich 26 herrscht und dem Druck im radial inneren Bereich 25. Um diese Druckdifferenz von beispielsweise 2 bis 4 bar einzuhalten, ist der Bereich 26 über Bohrungen 36 und 38 mit dem Leckölkanal 39 verbunden. Außerdem ist, wie in Fig. 1 nur schematisch darge stellt, in der Bohrung 36 ein Rückschlagventil 37 angeordnet, das sich nur dann öffnet, wenn die genannte Druckdifferenz den gewünschten Wert übersteigt. Anstelle des Rückschlagventils 37 kann auch irgendein anderes geeignetes Druckventil, beispiels weise ein Druckbegrenzungsventil, vorgesehen werden.

Das Gehäuse 10 hat an seiner Innenseite in bekannter Weise zwei Führungsflächen 42 zur Führung des Hubringes 20. Durch diese ist der radial äußere Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes in zwei Kammern unterteilt, die jedoch über Kanäle 45 miteinander ver bunden sind. Beim dargestellten Beispiel sind die Verbindungs kanäle 45 in das Gehäuse 10 eingearbeitet. Ähnliche Verbin dungskanäle könnten jedoch auch im Hubring 20 vorgesehen werden.

In Fig. 1 ist noch mit strichpunktierten Linien ein Verbin dungskanal 33′ vom Niederdruckkanal 23 zu einem der Verbin dungskanäle 45 dargestellt. Diese Anordnung ist eine Alterna tive zu dem oben erwähnten Kanal 33 der Fig. 2. Die Anordnung mit dem Verbindungskanal 33′ kommt dann in Frage, wenn im Nie derdruckkanal 23 ein "mittlerer" Flüssigkeitsdruck vorhanden ist, der sich nun in den radial außerhalb des Hubringes 20 be findlichen Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes fortpflanzt.

Die Fig. 3 zeigt eine Ergänzung zur Fig. 2. Man erkennt wieder einen Teil des Gehäuses 10, einen Teil des Hubringes 20 und den Stellkolben 21. Nur schematisch dargestellt ist ein am Gehäuse 10 befestigtes Regelgerät 50. In diesem befindet sich ein ver schiebbarer Ventilkörper 51 eines Drucksteuerventils. Dieses Drucksteuerventil kann einen zum Druckraum 54 des Stellkolbens 21 führenden Kanal 53 entweder mit einem an den Hochdruckkanal 24 (Fig. 1) angeschlossenen Kanal 52 verbinden oder mit einem Entlastungskanal 59, der in den Innenraum 56 des Regelgerätes mündet. Hierdurch wird die auf den Hubring 20 wirkende Stell kraft des Stellkolbens 21 und somit die Größe der Exzentrizität e (Fig. 2) geregelt. Eine z.B. mechanisch auf den Ventilkörper 51 wirkende Stellkraft ist durch einen Pfeil 55 symbolisch dar gestellt. Im Innenraum 56 sammelt sich die Stellflüssigkeit und/oder Leckflüssigkeit an, und zwar bis zu einem gewissen Überdruck, der sich durch den Kanal 33 fortpflanzt in den ra dial äußeren Bereich 26 des Gehäuses 10, wo er durch das Druck ventil 37 (Fig. 1) begrenzt wird.

Die Fig. 4 zeigt eine Alternative zu Fig. 1. Dargestellt sind Teile des Gehäuses 10 und des Gehäusedeckels 12. Der Hubring ist nunmehr mit 20′ bezeichnet; er ist unterteilt in einen Haupt-Teilring 20a und in einen Neben-Teilring 20b. Der letzte re bildet einen radial äußeren Teil des gesamten Hubringes 20′ und ist auf dem Haupt-Teilring 20a axial verschiebbar. Zwischen die zwei Teilringe ist ein Federelement, z.B. ein O-Ring 20c, unter Vorspannung eingesetzt. Hierdurch werden die zwei Teil ringe 20a und 20b in Achsrichtung auseinandergespreizt, so daß beide Teilringe dichtend an den benachbarten Gehäuseflächen 40 bzw. 41 anliegen.

Die Fig. 5 zeigt eine weitere Alternative zu den Fig. 1 und 4. Hier ist nun der Hubring 20′′ einteilig und ohne ein speziel les Dichtelement ausgeführt. Er liegt mit seinen beiden Stirn flächen dichtend an den benachbarten Gehäusewänden 40 und 41 an.

Claims

1. Hydrostatische Verdrängermaschine, z.B. Radialkolbenma schine, Flügelzellenmaschine od.dgl., mit den folgenden Merkmalen:

a) in einem umlaufenden Zylinderblock (17) befinden sich mehrere radial verschiebbare Verdrängerelemente (18), die an einem Hubring (20) gleiten;
b) der in einem Gehäuse (10) ruhende Hubring (20) ist quer zur Drehachse des Zylinderblockes (17) verschiebbar, so daß der Abstand (Exzentrizität e) zwischen der Achse des Hubringes und der Drehachse des Zylinderblockes veränderbar ist; gekennzeichnet durch die folgenden weiteren Merkmale:
c) der (zumindest überwiegend) radial außerhalb des Hub ringes (20) befindliche Bereich (26) des Gehäuseinnen raumes ist gegenüber dem (zumindest überwiegend) radial innerhalb des Hubringes befindlichen Bereich (25) des Gehäuseinnenraumes abgedichtet, so daß sich in dem ra dial äußeren Bereich (26) ein "mittlerer", d.h. gering fügig über dem Atmosphärendruck liegender Druck ein stellt.

2. Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur der radial innerhalb des Hubringes befindliche Be reich (25) des Gehäuseinnenraumes mit einem Niederdruckbe reich (z.B. drucklose Leckölleitung 39, Saugkanal 23 od.dgl.) verbunden ist, während der radial außerhalb des Hubringes befindliche Bereich (26) des Gehäuseinnenraumes an eine Druckquelle angeschlossen ist (z.B. Leitung 33).

3. Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der radial außerhalb des Hubringes liegende Bereich (26) über ein Druckventil (37) mit einem Nieder druckbereich (z.B. Leckölleitung 39, Niederdruckkanal 23 od.dgl.) verbunden ist.

4. Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckventil (37) als ein den Druck im äußeren Be reich (26) begrenzendes Rückschlagventil ausgebildet ist.

5. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß sich die genannte Druckquelle, an die der radial außerhalb des Hubringes (20) befindliche Be reich (26) des Gehäuseinnenraumes angeschlossen ist, außer halb der Verdrängermaschine befindet.

6. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß der überwiegend radial außerhalb des Hubringes (20) befindliche Bereich (26) des Gehäusein nenraumes an einen im Gehäuse (10) befindlichen Nieder druckkanal (23) angeschlossen ist (Leitung 33′).

7. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der Hubring (20) an einer seiner beiden Stirnseiten eine Ringnut (30) aufweist, in die ein an der benachbarten Gehäusewand (41) anliegendes Dichtele ment (31) eingesetzt ist.

8. Verdrängermaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement aus einem an der Gehäusewand (41) an liegenden Metallring (31) und aus wenigstens einem Feder element (32) besteht, welches unter axialer Vorspannung zwischen den Hubring (20) und den metallischen Dichtring (31) eingesetzt ist.

9. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ge kennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) der Hubring (20′) ist derart zweiteilig, daß in seinem radial äußeren Bereich auf einem Haupt-Teilring (20a) ein Neben-Teilring (20b) angeordnet ist;
b) die zwei Teilringe (20a, 20b) sind relativ zueinander in Achsrichtung dichtend verschiebbar;
c) zwischen die zwei Teilringe (20a, 20b) ist wenigstens ein Federelement (20c) unter Vorspannung eingesetzt.

10. Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der Hubring (20′′) mit seinen bei den Stirnflächen dichtend an den benachbarten Gehäusewänden (40, 41) anliegt.