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Title:
AXIAL-PISTON OSCILLATING-PLATE HYDRAULIC PUMP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1986/000377
Kind Code:
A1
Abstract:
The pump comprises a cylinder drum (20 converted to a shaft (1) and equipped with pistons (4) fitted in cylinders (3). The piston heads press against the oscillating plate (7) in such a way that the forces of the pistons do not produce only a useful torque on the cylinder drum (2), but also a radial transverse force (PK Res), the application point of which (10) is located in the axis of the shaft (1). The plane (13) of a bearing (12) supporting the drum (2) on the housing (8) intersects the axis (9) of the drum (1) at a certain distance from application point (10) of the transverse drum force (PKRes) on the side of the drum (2). The straight line (14) resulting from all the bearing forces acting perpendicularly on the guide path (15) of the bearing (12) forms a sharp angle (26) with the drum axis (9) and intersects the latter practically at the point of application (10) of the transverse force (PK Res), so that the bearing pressure of the drum takes effect in the region of this application point (10) and unwanted overturning torques acting on the drum are avoided.

Inventors:
VALENTIN INGO (DE)
Application Number:
PCT/DE1985/000207
Publication Date:
January 16, 1986
Filing Date:
June 19, 1985
Export Citation:
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Assignee:
VALENTIN INGO (DE)
International Classes:
F03C1/253; F03C1/06; F03C1/30; F04B1/20; (IPC1-7): F04B1/20
Foreign References:
FR1488511A1967-07-13
FR2359997A11978-02-24
FR1599630A1970-07-15
FR2115902A51972-07-07
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Claims:
Ansprüche:
1. Hydraulische SchiefScheibenAxialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel (2) und in den Zylin¬ dern (3) der Zylindertrommel (2) angeordneten Kolben (4), deren Kolbenköpfe (5) gegen die Schief¬ scheibe (7) abgestützt sind, so daß die Kolbenköpfe neben dem auf die Trommelachse (9) bezogenen nützlichen Drehmoment an der Zylindertrommel (2) auch eine radial wirkende Trommelquerkraft (PkRes) mit in der Trommelachse (9) liegendem Kraftan¬ griffspunkt (10) erzeugen, und mit einem die Zylin dertromael (2) im Bereich der Trommelquerkraft (PkRes) am Maschinengehäuse (8)abstützenden Lager (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene (13) des Lagers (12) die Trommelachse (9) mit Abstand vom Angriffspunkt (10) der Trommelquerkraft (PkRes) auf der Seite der Zylindertrommel (2) schneidet, und daß die Wirkungsgerade (14) der Resultieren¬ den aller auf der Führungsbahn (15) des Lagers (12) senkrecht stehenden Lagerkräfte einen spitzen Winkel (26) mit der Trommelachse (9) einschließt und die Trommelachse (9) im Bereich des Angriffs¬ punktes (10) der Trommelquerkraft (PkRes) schneidet.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Führungsbahn (15) von einer Ersafzbϊatt konischen Ringfläche gebildet ist, deren Konus¬ spitze (18) in der Trommelachse (9) auf dersel¬ ben Seite des Kraftangriffsp'unktes (10) der Trom¬ melquerkraft (PkRes) wie die Zylindertrommel (2) liegt und so breit ist, daß der Angriffspunkt (10) der Trommelquerkraft (PkRes) innerhalb oder zumin¬ dest dicht neben der Projektion (X) der konischen Ringfläche in Richtung ihrer Flächennormalen (19) auf die Trommelachse (9) liegt.
3. 3* Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Lager (12) unmittel¬ bar zwischen der äußeren Umfangsfläche (20) der Zylindertrommel (2) und dem Gehäusemantel (21) des Maschinengehäuses (8) im Bereich der der Schiefscheibe (7) zugewandten Stirnseite (22) der ZylIndertrommel (2) angeordnet ist.
4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1i oder 2, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse (8) einen am Maschinengehäuse festen, mit der Trommelachse (9) koaxialen Zapfen (23) aufweist, und daß das Lager (12) zwischen diesem Zapfen (23) und der Zylindertrommel (2) angeordnet ist.
5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Zapfen (23) die Schief¬ scheibe (7) zur Zylindertrommel (2) hin durch¬ setzt und hohl ausgebildet ist, und daß der Zapfen (23) eine mit der Zylindertrommel (2) ver¬ bundene Welle (1) aufnimmt.
6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß der Zapfen (23) durch eine zen¬ trale Bohrung der Zylindertrommel (2) greift.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (12) als Gleit oder Kegelrollenlager ausgebildet ist. Er.
Description:
Hydraulische Schie Scheiben-Axialkolbenmaschine.

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Schiefschei¬ ben-Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel und in den Zylindern der Zylindertrommel angeordneten Kol¬ ben, deren Kolbenköpfe gegen die Schiefscheibe abge¬ stützt sind, so daß die Kolbenkräfte neben dem auf die Trommelachse bezogenen nützlichen Drehmoment an der Zylindertrommel auch eine radial wirkende Trommel¬ querkraft mit in der Trommelachse liegendem Kraftan¬ griffspunkt erzeugen, und mit einem die Zylinder¬ trommel im Bereich der Trommelquerkraft am Maschi¬ nengehäuse abstutzenden Lager.

Bei einer aus der Praxis bekannten Maschine dieser Art besitzt die Zyllndertrommel an ihrem äußeren Um¬ fang einen Kragen, der Über die Trommelstirnseite in Richtung zur Schiefscheibe axial bis über die zur Trommelachse senkrechte, den Angriffspunkt der Trom¬ melquerkraft schneidende Ebene vorsteht. Zwischen dem Kragen und dem äußeren Gehäusemantel des Ma¬ schinengehäuses befindet sich das die Zylindertrom¬ mel abstützende Lager in Form eines hydrodynamischen Gleitlagers mit zylindrischen Lagerflächen. Dank dieses Kragens kann die Lagerebene, d. h. die Ebene des Lagerkreises, die Trommelachse unmittelbar im Bereich des Angriffspunktes der Trommelquerkraft schneiden, so daß hier auch die Abstützung des Trom-

ersateblatt

melzylinders durch das Lager wirksam wird, obwohl der Angriffspunkt der Trommelquerkraft in der parallel zur Schiefscheibe durch die Mitten der Kolbenköpfe verlaufenden Ebene und damit axial außerhalb der Zylindertro mel erheblich vor ihrer der SchiefScheibe zugewandten Stirnseite liegt. Der Vorteil dieser Trommellagerung besteht darin, daß die Trommelquerkraft keine Kippmomente auf die Zylindertrommel auszuüben vermag, was ein stören¬ des Kippen der Zylindertrommel auf der Steuer¬ fläche einer Steuerscheibe ergeben könnte, welche die Zu- und Abfuhr des Druckmittels zu den Zylin¬ dern der Zylindertrommel steuert und an der der SchiefScheibe abgewandten Stirnfläche der Zyllnder¬ trommel unter Bildung von Spaltdichtungen anliegt, jedoch ist bei einer solchen Lageranordnung nach¬ teilig, daß der Kragen und das Lager die Schief¬ scheibe und die Reihe der die Kolbenköpfe an der Schiefscheibe abstützenden Kolbengleitschuhe außen umfassen müssen, was in radialer und axialer Rich¬ tung unerwünscht große Bauformen und insgesamt, auch im Hinblick auf die Verschwenkbarkeit der Schie Scheibe, aufwendige Konstruktionen und auf¬ grund des großen Durchmessers einen größeren Rei¬ bungsverlust bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art das Lager der Zylindertrommel so anzuordnen und auszu¬ bilden, daß auch ohne eine äußere Umfassung der Schief- scheibe und der Kolbengleitschuhe durch Kragen und Lager eine Abstützung der Zylindertrommel erhalten wird, die an der Zylindertrommel keine oder nur Kippmomente von so geringer Größe entstehen läßt,

daß diese Restmomente ohne Nachteil von der Steuer¬ scheibe aufgenommen werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Ebene des Lagers (d. i. die Ebene des Lager¬ kreises) die Trommelachse mit Abstand vom Angriffs¬ punkt der Trommelquerkraft auf der Seite der Zylin¬ dertrommel schneidet, und daß die Wirkungsgerade der Resultierenden aller auf der Führungsbahn des Lagers senkrecht stehenden Lagerkräfte einen spitzen Winkel mit der Trommelachse einschließt und die Trommelachse im Bereich des Angriffspunktes der Trommelquerkraft schneidet.

Nach der Erfindung liegen die zur Führungsbahn senk¬ recht stehenden Lagerkräfte in der Mantelfläche eines Kegels, dessen Spitze als Angriffspunkt der Resultierenden aller Lagerkräfte gedacht werden kann. Der Grundkreis des Kegels ist vom Lagerkreis des Lagers gebildet und die in der Trommelachse liegende Kegelspitze fällt mit dem Angriffspunkt der Trommelquerkraft entweder zusammen oder liegt doch so dicht neben ihm, daß der geringe Abstand zwischen der Trommelquerkraft und der resultierenden Lagerkraft keine störenden Kippmomente auf die Zylin¬ dertrommel entstehen läßt. Die Höhe des Kegels zwischen der Kegelspitze und dem Grundkreis des Kegels ist gleich dem Maß, um das die Lagerebene axial vom Angriffspunkt der Trommelquerkraft weg zur Zylindertrommel hin verlagert werden kann, ohne daß sich der Angriffspunkt der resultierenden Lager¬ kraft auf der Trommelachse entsprechend verschiebt und vom Angriffspunkt der Trommelquerkraft entfernt. Im Ergebnis kann unter Beibehaltung der im Bereich

des Angriffspunktes der Trommelquerkraft wirksam werdenden Lagerabstützung der Zylindertrommel das Lager selbst axial soweit vom Angriffspunkt der Trommelquerkraft und von der Schiefscheibe entfernt zur Zylindertrommel hin verlegt werden, daß es axial weit vor der Schiefscheibe und im Bereich der Zyllndertrommel selbst liegt, und daß daher das Lager die Schiefscheibe nicht mehr radial außen zu umfassen braucht und auch kein das Lager tragender Kragen mehr benötigt wird, weil das Lager unmittelbar an der Zylindertrommel selbst sitzen kann. Das ermöglicht geringe axiale und radiale Bauabmessungen und einen insgesamt geringeren konstruktiven und baulichen Aufwand. - Zu dem Be¬ reich, innerhalb dem die Trommelquerkraft und die resultierende Lagerkraft axial auseinander liegen können, ist noch anzumerken, daß der Angriffspunkt der Trommelquerkraft tatsächlich immer eine gering¬ fügige periodische Verlagerung auf der Trommelachse in Abhängigkeit vom Umlauf der Zylindertrommel zeigt, so daß er mit der Kegelspitze immer nur vorüber¬ gehend exakt zusammenfallen kann. Jedoch ist dieser Bereich, in dem der Angriffspunkt der Trommelquer¬ kraft und die Kegelspitze auf der Trommelachse mindestens auseinander liegen können, so klein, daß hierdurch bedingte Kippmomente auf die Zylindertrom¬ mel vernachlässigt werden können. - Da die zur Trom¬ melachse geneigte Resultierende der Lagerkraft selbst¬ verständlich nur mit ihrer radialen Kraftkomponente der Trommelquerkraft das Gleichgewicht halten kann, muß die axiale Kraftkomponente an der Zylindertrom¬ mel selbst aufgefangen werden. Das aber ist unschwer möglich, da diese axiale Kraftkomponente bei den in

der Praxis in Frage kommenden Winkeln von immer mehr als 60° zwischen der Resultierenden der Lagerkräfte und der Trommelachse nur wenige Prozent der ohnehin an der Zylindertrommel aufzunehmenden und auszu¬ gleichenden Axialkräfte beträgt, die vom Druck des Fördermittels auf die Zylindertrommel direkt aus¬ geübt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn von einer konischen Ringfläche gebildet ist, deren Konus¬ spitze in der Trommelachse auf derselben Seite des Kraftangriffspunktes der Trommelquerkraft wie die Zylindertrommel liegt und die so breit ist, daß der Angriffspunkt der Trommelquerkraft innerhalb oder zumindest dicht neben der Projektion der koni¬ schen Ringfläche in Richtung ihrer Flächennormalen auf die Trommelachse liegt. Die konische Ringfläche sollte daher mindestens so breit sein, daß ihre Projektion auf die Trommelachse jedenfalls die schon erwähnte periodische Axialverlagerung des An¬ griffspunktes der Trommelquerkraft auf der Trommel¬ achse einschließt. Dann geht jede in diesem Angriffs¬ punkt ansetzende Lagerstützkraft immer durch die konische Ringfläche des Lagers.

Im einzelnen besteht die Möglichkeit, das Lager un¬ mittelbar zwischen der äußeren Umfangsfläche der Zylin- dertrommel und dem Gehäusemantel des Maschinenge¬ häuses im Bereich der der SchiefScheibe zugewandten Stirnseite der Zylindertrommel anzuordnen. Das er- gibt vorteilhaft große Winkel zwischen der Trommelachse einerseits und der Resultierenden der Lagerkräfte andererseits..Anstelle einer solchen Außenlagerung

der Zylindertrommel besteht aber auch die Möglichkeit einer Innenlagerung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinengehäuse einen am Maschinengehäuse festen, mit der Trommelachse koaxialen Zapfen auf¬ weist, und daß das Lager zwischen diesem Zapfen und der Zylindertrommel angeordnet ist. Dabei kann der Zapfen die Schiefscheibe zur Zylindertrommel hin durchsetzen und hohl ausgebildet sein, so daß er eine mit der Zylindertrommel verbundene Welle auf¬ nehmen kann. Der Zapfen kann aber auch vom anderen Ende des Maschinengehäuses her durch eine zentrale Bohrung der Zylindertrommel greifen. In allen Fällen kann das Lager als hydrodynamisch oder hydrostatisch wirkendes Gleitlager oder als Kegelrollenlager ausge¬ bildet sein.

Im folgenden wird die Erfindung an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine SchiefScheiben-Axialkolbenmaschine nach der Erfindung in einem Axialschnitt, mit einer in der Teilfigur 1a dargestellten weiteren La¬ gerausführung,

Fig. 2 eine andere Ausführungsform der erfindungsge¬ mäßen Maschine in einer der Fig. 1 entsprechen¬ den Darstellung,"

Fig. 3 eine weitere Aus ührungsform der Erfindung.

Die in den Figuren dargestellten Axialkolbenmaschinen besitzen eine mit einer Welle 1 verbundene Zylinder-

trommel 2 und in den Zylindern 3 angeordnete Kolben 4. Die Kolbenköpfe 5 sind über Gleitschuhe 6 auf der Gleitfläche einer Schie Scheibe ' 7 abgestützt, die bezüglich ihres Neigungswinkels verstellbar im Ma¬ schinengehäuse 8 gelagert ist. Durch die Neigung der Schiefscheibe 7 erzeugen die bei Druck des Förder¬ mediums entstehenden Kolbenkräfte an jedem Kolben 4 eine zur Gleitebene der Schiefscheibe 7 senkrecht stehende Kraft, die mit ihrer axialen Kraftkomponen¬ te der Kolbenkraft das Gleichgewicht hält und im übri¬ gen eine Kolbenquerkraft Pks zur Folge hat, die - summiert über alle Kolben 4, - neben dem auf die Trom¬ melachse 9 bezogenen nützlichen Drehmoment an der Zylindertrommel 2 auch eine radial wirkende Trommel¬ querkraft PkRes mit in der Trommelachse 9 liegendem Kraftangriffspunkt 10 zur Folge hat. Die Welle 1 ist je nach Verwendung der Maschine eine Antriebs¬ welle im Fall einer Pumpe und eine Abtriebswelle im Fall eines Motors. Sie ist mittels eines Lagers 11 im Maschinengehäuse 8 gelagert. Außerdem ist die Zylindertrommel 2 am Maschinengehäuse 8 in einem weiteren Lager 12 abgestützt. Die Ebene 13 dieses Lagers 12 schneidet die Trommelachse 9 in einem Ab¬ stand vom Angriffspunkt 10 der Trommelquerkraft PkRes auf der Seite der Zylindertrommel 2. Die Wir¬ kungsgerade 14 der auf der Führungsbahn 15 des La¬ gers 12 senkrecht stehenden resultierenden Lagerkräf¬ te schließt mit der Trommelachse 9 einen spitzen Winkel 26 ein und schneidet die Trommelachse 9 im Bereich des Angriffspunkts 10 der Trommelquerkraft PkRes. Der Winkel 26 ist in der Praxis größer als etwa 60°.

Das Lager 12 kann, wie in Fig. 1a dargestellt-ein Kugellager sein, wobei die Führungsbahn 15 zu einer linienhaften Berührung zwischen der Kugelreihe 16 einerseits und den KugeHaufbahnen 17 andererseits verengt sein kann. Zumeist aber wird die Führungs¬ bahn 15 von einer konischen Ringfläche gebildet sein, wie es in- den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist. Die Konusspitze 18 dieser konischen Ringfläche liegt in der Trommelachse 9 auf derselben Seite des Kraftan¬ griffspunktes 10 wie die Zylindertrommel 2. Die ko¬ nische Ringfläche ist im übrigen so breit, daß der Angriffspunkt 10 der Trommelquerkraft PkRes innerhalb der in Fig. 1:.*mit X bezeichneten -Projektion der konischen Ringfläche in Richtung ihrer Flächennor¬ malen 19 auf die Trommelachse 9 liegt. Das Lager 12 kann als hydrodynamisch oder hydrostatisch wirken¬ des Gleitlager, wie in den Figuren jeweils in der rechten Figurenhälfte dargestellt, oder als Kegel¬ rollenlager, wie in den Figuren links dargestellt, ausgebildet sein. In Fig. 1 ist das Lager 12 unmittel¬ bar zwischen der äußeren Umfangsfläche 20 der Zylinder¬ trommel 2 und dem Gehäusemantel 2 des Maschinenge¬ häuses 8 im Bereich der der Schiefscheibe 7 zuge¬ wandten Stirnseite 22 der Zylindertrommel 2 angeord¬ net. Die Fig. 2 und 3 dagegen zeigen den Fall, daß das Maschinengehäuse 8 einen am Maschinengehäuse festen, zur Trommelachse 9 koaxialen Zapfen 23 auf¬ weist, zwischen dem und der Zylindertrommel 2 das Lager 12 angeordnet ist,- * In Fig. 2 steht der hohl ausgebildete Zapfen 23 vom unteren Teil des Ma¬ schinengehäuses 8 durch die SchiefScheibe 7 zur Zylindertrommel 2 hin vor und nimmt die Welle 1 auf. In Fig. 3 dagegen greift der entgegengesetzt zu Fig. 2 angeordnete Zapfen 23 durch eine zentrale

Bohrung der Zylindertrommel 2. In allen Fällen liegt die Zylindertrommel 2 an ihrer der Schief¬ scheibe 7 abgewandten Stirnseite der Steuerfläche einer die Zu- und Abfuhr des Fördermittels zu den Zylindern 3 steuernden Steuerscheibe 24 an. Die Zu- und Abfurh des Fördermittels erfolgt an den An¬ schlüssen 25 *