DE3212429A1 - Hydraulische axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Hydraulische Axialkolbenmaschinen, d.h. Pumpen oder Motoren, irind in dar unter ach iod Ii ahnten Bauart bekannt. Derartige hydraulische Axialkolbenmaschinen haben aufgrund der hohen Leistungsdichte, der Möglichkeit der stufenloson Getriebeüberue?tzung in Anpassung an verschiedene Dclri ebsdalm, ei που natürlichen Uberlastungsschutzes und der relativ großen Beweglichkeit zwischen Antrieb (Pumpe) und Abtrieb (Motor, Zylinder) einen festen Platz in der Antriebstechnik. Sie besitzen aber den Nachteil, daß sie starke Betriebsgeräusche erzeugen. Besonders die Forderung nach, größeren Leistungen und Leistungsdichten (höheren Dru^en, Drehzahlen und Strömungsgeschwindigkeiten bei reduzierter Baumasse) steht einer wirksamen Geräuschminderung an der Entstehungsstelle entgegen, so daß häufig teuere und aufwendige Sekundärmaßnahmen (Kapselung und isolierte Aufstellung) erforderlich sind, um die Geräuschbelästigung erträglich zu halten. Die hydraulischen Axialkolbenmaschinen weisen eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile auf, die einschließlich der dazugehörenden Ubertragungsleitungen ein kompliziertes Schwingungssystem mit vielen Erregerstellen bilden, die sich gegenseitig beeinflußen und über komplexe Ubertragungsmeehanismen die schwingungsfähigen Bauteile einer solchen Maschine und daß sind fast alle Bauteile - in vielfältiger Weise zu Schwingungen anregen.

Bekannte hydraulische Axialkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff weisen ein Gehäuse aus Grauguss oder einer Leichtmetallegierung auf, nuf daß die Schwingungen un-

mittelbar übertragen werden, so daß hier auch eine direkte Abstrahlung der Geräusche erfolgt. Der Kraftfluß der Erregerkräfte, d.h. der während des Betriebes erzeugten Kräfte führt durch das Gehäuse und bedingt & so die direkte Oer/iunchubstrahlung nach außen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Axialkolbenmaschine nach dem Obergriff des Anspruches 1 zu scharren, die geräuscharm läuft und dabei gleichzeitig eine höhere Leistung und Leistungsdichte.

ermöglicht, ohne daß die Baumasse durch zusätzliche Bauteile vergrößert wird.

Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Stützrahmen geschaffen, der im wesentlichen aus dem Zentralrohr, dem Verteile:⁰ und dem Steuerboden besteht. Verteiler und Steuerboden sind formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Zent"alrohr verbunden. Das Zentralrohr dient auch der Lagerung für das Radiallager der Zylindertrommel. Das Zentr.ilrohr, das kein von außen sichtbares Bauteil ist - es liegt in der Gehäusekappe -, kann aus einem für seine technische Aufgabe vorteilhaften Werkstoff hergestellt und so konstruiert sein, wie es zur Aufnahme der Kräfte und zur Abstützung erforderlich ist. Der gesamte Kraftfluß, der von den Erregerkräften - erzeugt zwischen Kolben und Zylindertro.mmel - ausgeht, verbleibt im Verteiler, im Zentralrohr, im Steuerboden und in der Schrägscheibe.

Dieses sind rieben Kolben und Zylindertrommel die Bauteile, durch die der Kraftfluß stattfindet. Der Kraftfluß findet nicht durch das Gehäuse statt, so daß eine direkte Geräuschabstrahlung nach außen verhindert wird. Die Geräuschdämpfung wird noch durch den Dämpfungsring unterstützt.

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Zusätzlich ist es möglich, in die Leitungen /wischen Verteiler und Gehäuse Hülsen aus Kunststoff einzusetzen, um für eine weitere Geräuschdämpfung zu sorgen. Es besteht kein direkter metallischer Kontakt zwischen ^J der Mechanik der Axialkolbenmaschine und dem Gehäuse. Es findet keine direkte Abstrahlung von Geräuschen an die Umgebung statt.

In vorteilhafter Weise kann die Axialkolbenmaschine

so ausgebildet sein, wie in Anspruch 3 angegeben. Durch den Einsatz des Lagerringes können die Vorteile der Gleitlager-Technik ausgenutzt werden, ohne daß hierdurch Nachteile hinsichtlich Lebensdauer und dergleichen in Kauf genommen werden müssen. Die schwimmende und frei

umlaufende Lagerung sorgt Tür eine cntsprcch ·ηύ hohe Lebensdauer. Die Vorteile der geringeren Ger'iuscherzeugung im Verhältnis zu Wälzlagern können im Zusammenhang mit den anderen Maßnahmen zur Geräuschverminderung

und-dämpfung genutzt werden.
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Wenn die Axialkolbenmaschine so aufgebaut ist, wie in Anspruch 3 angegeben, dann ist die Lagerung zwischen Schrägscheibe und Steuerboden so konstruiert, daß eine Dämpfungsplatte (Anspruch i\ ) einp;esetzt werden kann₃ "* so daß auch in diesem Bereich eine übertragung von Geräusch nach außen unterdrückt wird.

Die grundsätzliche Maßnahme nach Anspruch 1, die bei Axialkolbenmaschinen der unterschiedlichsten Bauart eingesetzt werden kann, wird durch die vorteilhaften Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 bis 6 je nach Bauart und technischer Anforderung unterstützt.

In dem Gehäuse 2 ist ein Verteiler 3 befestigt, der auch die Steuerplatte 6 trägt. Durch den Verteiler 3 und die Steuerplatte 6 ist die Antriebswelle 5 hindurchgeführt .
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Die Antriebswelle treibt eine Zylindertrommel 7 mit Kolben 8. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 5 und der Zylindertrommel 7 erfolgt über eine Verzahnungshü] se 38 aus Kunststoff odor ,'ihnlichem dämpfenden 'Werk-IC) ütol'f mit einem Innuri- und Außunzahnprofil zur Übertrages des Drehmomentes. Für eine entsprechende Vorspannung sorgt eine Schraubenfeder 39·

An dem Gehäuse 2 ist mit Hilfe eines Spannbandes 35 und unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 37 eine Gehäusekappe ^t befestigt, welche die übrigen Bauteile der Axialkolbenpumpe umgibt. Dieses sind insbesondere die . Schrägscheibe 10, an der sich die Gleitschuhe 11 abstützen. Die Gleitschuhe 11 sind durch eine Andrückplatte 9 gegen die Schrägscheibe 10 vorgespannt.

Die einseitig aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Antriebswelle 5 ist in einem Gleitlager 52 mit entsprechenden Lagerschalen und Lagerringen gelagert. Ein Dichtungsring 53j der mitrotiert, sorgt für eine entsprechende Abdichtung. Er wird durch mehrere Federn 56 vorgespannt. Ein Stift 55 stellt sicher, daß sich der Dichtungsring 53 mitdreht. Ein Deckel 54 bilden den Verschluß des Gehäuses 2.

Der eigentliche Stator der Axialkolbenpumpe wird durch ein Zentralrohr 41 gebildet, das über zwei Dämpfungsringe 57 aus Kunststoff in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Dieses Zentralrohr ¹Il bildet praktisch einen Stützrahmen zur Aufnahme sämtlicher hydraulischer Kräfte, und zwar

sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Das Zentralrohr dient der Abstützung der den Rotor bildenden Zylindertrommel 7, und eines Zapfenringes 42 zur Führung der Schrägscheibe 10 sowie zur Be-Ο festigung des Steuerbodens 22, welcher die axialen % Kräfte der Schwenkkörper-Lagerung aufnimmt.

Die Abstützung der Zylindertrommel erfolgt über einen frei umlaufenden Lagerring 43, der eine Anzahl radialer $$£'Schmierbohrungen 48 aufweist. Die Zylindertrommel 7 ll^liwird von einer Hülse 45 aufgenommen, die sich axial

radial gegen den Lagerring 43 abstützt. Die Hülse i&7·'^bildet mit der Außenfläche der Zylindertrommel 7 eine V" Passung, die eine relative axiale Bewegung ermöglicht. Eine relative Drehbewegung wird durch einen Stift 46 verhindert.

Für den ruhigen Lauf des Lagerringes 43 sorgen Wellenfedern 47, die eine axiale Vorspannung erzeugen. Die Vorspannung bildet gleichzeitig die statische Anpressung der Zylindertrommel 7 an die Steuarplatte 6.

]; ] Der frei umlaufende Lagerring 43 bildet mit der Hülse kj einen_yinneren Schmierspalt Si und mit dem Zentralrohr 4l 5 einen äußeren Schmierspalt Sa, so daß zwei Spalte -

funktionstechnich betrachtet - in Reihe geschaltet sind. Die mittlere resultierende Seitenkraft aller auf der Druckseite der Pumpe belasteten Kolben verläuft in Richtung des Pfeiles Z (Fig. 6) und belastet den Lagerring 43 mittig.
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fy Der Aufbau von zwei hochbelastbaren hydrodynamischen öldruckfilmen in den Spalten Si und Sa wird unterstützt durch zwangsweise vor der Druckzone über eine Mengen-_/:- drossel zugeführtes Drucköl von der Hochdruckseite der / ,', Pumpe. Die Zuführung geschieht über eine Versorgungs-

leitung 51· Durch die radialen Schmierbohrungen 48 in dem Lagerring 43 wird der Schmierspalt Si versorgt. Zum Aufbau eines tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilms an den Seitenflächen des Lagerringes 43 sind entsprechend ausgebildete, drehrichtungsabhängig geformte Schmierkanäle 50 an dem Wulst 44 der Hülse 45 ausgebildet. Hierdurch wird der Lagerring 43 während des Betriebes mit Planschöl aus dem Pumpengehäuse umflutet.

Die Abstützung deu Lagerringes 43 auf der anderen Seite erfolgt gegen einen mit Durchbrüehen versehenen Stützring 49. Bedingt durch die beschriebene ümflutung des Lageringes 43 bildet sich auch im Spalt zu dem StÜtzring 49 im Betrieb ein hochbelasteter hydrodynamischer Schmierfilm aus.

Das Zentralrohr 4l, der Zapfenring 42, der Stützring und die Steuerplatte 6 sind als Statorteile zu betrachten.

Die Zylindertrommel 7 mit der Hülse 45 drehen sich mit

Pumpendrehzahl. Infolge der viskosen Flüssikgeitsreibung in den SchmierLjpai tun Si und Sa wirkt im.Betrieb auf den Lagerring 43 ein Schleppmoment, so daß sich dieser bei normalen Betriebsbedinungen (ca. 100° C) etwa mit der

halben Pumpenantriebsdrehzahl dreht. 25

Da es sich bei der veranschaulichten Axialkolbenpumpe um eine solche mit veränderlichem Hubvolumen handelt, ist die Schrägscheibe 10 schwenkbar gelagert, so daß sich bei Schwenkung um eine entsprechende Querachse ein

^ veränderlicher Kolbenhub ergibt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Schrägscheibe 10 auf einem Schwenkkörper 12 verschraubt. Seitliche Führungsarme d£s Schwenkkörpers 12 umfassen seitlich jeweils einen auf äpn beiden Zapfen 14 des Zapfenringes 42 drehbar gelagerten Gleitstein 15. _{Die ürehachse} i_st identisch mit der Quer-

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oder Zapfenachse M-M. Die Rückseite des Schwenkkörpers 12 besitzt in den Bereichen L einen Radius R, so daß sich bei der Drehung des Schwenkkörpers 12 um die Zapfenachse M-M eine Linearbewegung der Laufplatte 16 ergibt. Infolge der großen axialen Kolbenkräfte in der Druckzone entsteht zwischen dem Schwenkkörper 12 und der Laufplatte 16 ein Reibschluß, ähnlich wie eine belastete Walze auf einer ebenen Unterlage abrollt, nur mit dem Unterschied, daß hier die Walze sprich Schwenkkörper 12 - in der Achse M-M fixiert ist, und die Unterlagen - sprich Laufplatte 16 - sich quer zur Achse M-M bewegt. Der Schwenkkörper 12 und die Laufplatte 16 sind über Führungsnuten und -rollen 17 gekoppelt.

Unter Zugrundelegung der Darstellung der Fir,. ^ verlauft die Bewegung der Laufplatte 16 in der Vertikalen. Die Laufplatte 16 stützt eich wiederum auf :;wei Linearrollenlager 18 ab, die auf Fixplatten 19 abrollen. Zur Lagesicherung der Linearrollenlager 18 dient- ein Käfig 20, der wie ein Rahmen die Linerarrollenlager umfaßt und spielfrei in der jeweiligen Stellung sichert.

Bei Einleitung einer Schwenkbewegung durchläuft die Laufplatte 16 die doppelte Wep.ütrecko wie der Käfig 20 bzw. die Linearrollenlager 18.

Die Fixplatten 19 liegen auf Dämpfungsplatten- 21 aus Kunststoff auf, die wiederum in entsprechenden Kammern in dem Steuerboden 22 angeordnet sind. Der Steuerboden 22 ist mit dem Zapfenring 42 verschraubt.

Durch entsprechende Berechnung der Steifigkeit der Laufplatte 16, der Fixplatten 19 und der Dämpfungsplatten 21, kann die elastische Durchbiegung dieser gesamten Lager-

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stelle so beeinflußt werden, daß sich die über eine Linienberührung (Hertz'sehe Pressung) zwischen Schwenkkörper 12 und Laufplatte 16 eingeleitete' Lagerkraft gleichmäßig auf alle Wälzkörper der Linearrollenlager verteilt. Durch die Dämpfungsplatten 21 aus Kunststoff wurden die Betriebsgeräusche und die Schwingungen der Pumpenmechanik vom Steuerbod'en 22 isoliert.

Die vom jeweiligen Schwenkwinkel des Schwenkkörpers abhängige Stellung der Laufplatte 16 und des'Käfigs mit den beiden Linearrollenlagern 18 wird geometrisch eindeutig bestimmt durch zwei jeweils außen am Käfig 20 angeschraubte, drehbare Laschen 23. Die Laschen sind in den Kopp] uncispunkten auf Büchsen aus Kunststoff gelagert.

Im Steuerboden 22 ist der Pumpenregler 2*1 mit dem Verstellkolben 25 untergebracht. Der Verstellkolben 25 ist als Differentialkolben ausgebildet. Am Stangenende des Verstellkolbens ist ein Joch 26 angeschraubt, das in Form einer Gabel einen Bolzen 27 umfaßt. Der Bolzen ist in einer Brücke 28 drehbar gelagert. Die Brücke 28 ist mit dem Schwenkkörper 12 verschraubt.

Die druckabhängig vom Pumpenregler 24 geregelte Position des Verstellkolbens 25 wird somit formschlüssig auf den Schwenkkörper 12 übertragen, d.h. einer bestimmten Stellung des Verstellkolbens, entspricht ein bestimmter Winkel der Schrägscheibe 10 und damit einem bestimmten Hubvolumen der Pumpe.

Die Abstützung des Schwenkkörpers 12 über die beschriebene Lagerung mittels Linearrollenlager auf dem Steuerboden 22, in dem auch die komplette Pumpen-

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regler mit Verutellkolben untergebracht ist., ergibt infolge der Verschraubung mit dem Zapfenring 42 und dem Zentralrohr 41 eine äußeret kompakte, steife und damit schwingungsarme Konstruktion, die auch, insbesondere hinsichtlich der Gerauschemission erhebliche Vorteile bildet.

Wie beim Bc;t rächten der¹ K i r;. ~'i deutlich wird, sind in der Steuerplattc 6 Steuerschli tze "52 urid 33 ausgebildet, die für eine Verb] ndum·; mit der- Saugleitung 30 bzw. der Druckleitung 31 sorgen. Hülse-i 34 aus Kunststoff stellen eine achalltechnische Abkoppelung des Verteilers 3 vom flehiluao 2 dar und tr tgen deshalb zur Geräuschdämpfung bei. Van der· Druckseite wird eine Leitung 36 mit Dr-ucköl verborgt, die wieaerum den Purrtpunregler ?H al:.: auch den Kanal 51 mit Druc kö 1 vers ο rp]t.

Rezup.szo I chen

1	Flansch	36	Ölbohrung
2	Gehäuse	37	Dichtungsring
3	Verteiler	38	Verzahnungshülse _■."'·
Ji.	'!i'liaü.'i'k.'ip!"·	39	Schraubenfeder
5	Antriebswelle	40	Gehäusekappe
6	Steuerplatte	41	Zentralrohr
7	ZyIi nd ert romme1	■ 42	Zapfenring, zweiteilig
8	Kolben	43	Lagerring
9	Andrückplatte	44	Wulst an 45
10	Schrägscheibe	45	Hülse
11	Gleitschuh	H 6	Stift ■
12	Schwenkkörper	47	Wellenfeder
13	Führungsarm	48	Sehmierbohrung
14	Zapfen		Stütztring
15	Gleitstein	50	Schmierkanal
16	Laufplatte-	51	Versorgungsleitung f. 50
17	FührungurolIuη	52	Gleitlager
18	Rollenlager Cl inear)	53	Dichtungsring
19	Fixplatte 2 St	54	Deckel
20	Käfig	55	Stift
21	Dämpfungsplatte 2 St	56	Federn
22	Steuerboden	57	Dämpfungsring
23	Laschen
24	Pumpenregler
25	Verstellkolben
26	Joch
27	Bolzen
28	Brücke
29	gekrümmte Fläche·
30	Saugle i tung
31	Druckleitung.
52)	Steuerschiitzc
33
34	Hülse aus Kunststoff
35	Spannband

Leerseite

Claims (1)

1. RAFFAY, FLECK & PARTNER* :..-**.; · ^:···' ^l ·"**■[ *;.*

   PATENTANWÄLTE** **'* ''·'■' V Ai VTA Λ EUROPEAN PATENT ATTORNEYS J L \ Z H £ Ό

   POSTFACH 32 32 17' D-2000 HAMBURG 13

   DlPL-INQ. VINCENZ v. RAFFAY PIPLtCHEM. DR THOMAS FLECK HAMBURG

   DIPL-CHEM. DR. HANS D. BOETERS CHPL-INQ. FIOBERT BAUER MÜNCHEN

   ΚΑΝΛΕΙ:

   QEFPCKENSI HASSE ΰ TELEFON: (040) 47 80 23 TELEGRAMME: PATFAY, HAMBURG

   UNSERE AKT E: 2Ό1Ί /26

   Anmelder: Abex Corporation
   530 Fifth Avenue
   New York, NY IOO36 / U.S.A.

   Hydraulische Axialkolbenmaschine,

   Patentanspruch e :

   il) Hydraulische Axialkolbenmaschine der Schrägscheibenbauart mit einer oiriüu it if, nach außen" geführten,.-im Gehäuse gelagerten Welle für die Zylindertrommel, mit einem Verteiler und mit einem Radiallager zwischen dem am Gehäuse befestigten Stator und der Zylindertrommel, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator als Zentralrohr (41) ausgebildet ist, an dem sich das Radiallager (43), der Verteiler (3) und ein der Lagerung der Schrägscheibe (10) dienender Steuerböden"" (22) abstützt, daß zwischen dem Gehäuse (2) und dem Zentralrohr (¹Il) ein "Dämpfungsring (^ri7) angeordnet ist und

   ' ²~

   daß die nicht im Gehäuse (2) liegenden Pumpenbauteile (Zentralrohr h, Steuerboden 22 und Schrägscheibe 10) durch eine nicht-tragende,, mit dem Gehäuse verbundene Gehäusekappe abr/'dockt sind.
   5

   2. Axialkolbenmaschine räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäusokappe (¹JO) aus einem geräuschdämpfenden Material hergestellt ist.

   3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder· 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (10) in an sich bekannter Weise über einen Schwenkkörper (12) in Zapfen (1*0 eine:.; Zapfenringes schwenkbar gelagert ist und

   daß der Schwenkkörper (12) mit der Schrägscheibe (10) senkrecht zur Zapfenachse M-M verschiebbar iut und über eine gekrümmte Fläche (29), deren Krümmungsradius R mit seinem Mittelpunkt auf der Zapfenachse M-M liegt, sowie auf einer Laufplatte (16) abrollt, die wiederum durch ein Linearrollenlager (18, 19) an einem mit dem Zapfenring (^l\2) verbundenen .Steuerboden (22) abgesützt ist.

   ¹J. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dodurch gekennzeichnet, daß ^wischon dem Linearrollenlnger (18, 19) und dem Steuerboden (2',.') eine Dämpfungsi."Latte (21) aus Kunststoff oder dergleichen angeordnet ist.

   5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager zwischen dem Zentralrohr (¹Il) und der Zylindertrommel (7) einen schwimmend und frei umlaufend angeordneten Lagerring (*t3) aufweist.

   6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der LagerrinK (¹O) wit radialen

   Schmierbohrungen (48) versehen ist, die mit Drucköl (bei 51) versorgt werden.

   Beschreibung: