-
Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine.
-
Axialkolbenmaschinen
sind in vielfältigen Ausgestaltungen
bekannt. In der Praxis tritt das Problem auf, daß die Gleitbewegung der Kolben
in den Zylinderbohrungen zu einer erhöhten Abnutzung oder zu einer
erhöhten
Wärmeentwicklung
führt.
Dies rührt
daher, daß die
sich an der Schrägscheibe
abstützenden
Kolben mit einer Normalkraft beaufschlagt werden, die eine Radialkomponente
hat, die die Kolben in der Zylinderbohrung verkantet. Bei einer
metallischen Berührung
zwischen Kolben und Zylinderwandung besteht daher neben einer erhöhten Wärmeentwicklung
die Gefahr des Fressens der Kolben.
-
In
der
DE 14 03 754 A wurde
daher bereits vorgeschlagen, zur hydrostatischen Entlastung der Gleitbewegung
der Kolben in den Wandungen der Zylinderbohrungen Ausnehmungen vorzusehen,
die mit Druckfluid beaufschlagt werden. In der
DE-OS 14 03 754 sind diese Ausnehmungen
in Form von Drucktaschen radial über
den Umfang der Zylinderwandung verteilt angeordnet. Über ein
relativ aufwendiges Zuleitungssystem werden die Drucktaschen über ein
Rückschlagventil
mit Druckfluid aus den unter Hochdruck stehenden Zylinderräumen versorgt.
Für diese
bekannte hydrostatische Entlastung der Gleitbewegung der Kolben
besteht daher ein relativ hoher Fertigungsaufwand, da die Drosseln
und Verbindungsleitungen zur Zuführung
des Druckfluids zu den Drucktaschen relativ aufwendig ausgebildet sind.
Die taschenartige Ausbildung der Ausnehmungen für die hydrostatische Entlastung
der Gleitbewegung der Kolben hat sich als nicht optimal erwiesen, da
die hydrostatische Entlastung nicht gleichmäßig über den gesamten Umfang oder
Teilumfang der Kolben erfolgt, sondern die Kolben einseitig belastet werden.
Insbesondere, wenn sich die Zuführungsdrosseln
der einzelnen Drucktaschen aufgrund einer Verschmutzung des Druckfluids
verschließen,
ist eine radial gleichmäßige Beaufschlagung
des Kolbens und somit eine sichere Führung des Kolbens in der Zylinderbohrung
nicht gewährleistet.
-
Aus
der
DE 44 23 023 A1 ist
es bekannt, die Axialkolbenmaschine mit einem Kühlkreislauf zu versehen, wobei
die Umwälzung
des als Kühlmittel
dienenden Leckfluids durch Zentrifugalkräfte erfolgt. In der Zylindertrommel
sind daher in den Leckraum der Axialkolbenmaschine mündende Zulauf-
und Ablaufkanäle
vorgesehen. Den Zylinderbohrungen sind Kühlbereiche zugeordnet, die
beispielsweise spiralförmige
Kühlkanäle umfassen,
welche von dem Leckfluid durchströmt werden. Die Kühlkanäle sind jedoch
durch eine Hülse
von den Zylinderbohrungen getrennt und haben keine Verbindung zu
den in den Zylinderbohrungen bewegbaren Kolben. Die Kühlkanäle dienen
daher ausschließlich
der Kühlung
und nicht etwa der Schmierung oder gar der hydrostatischen Entlastung
der Kolben.
-
Aus
der
JP 59-58 172 A ist
es bekannt, spiralförmige
Ausnehmungen in der Zylinderinnenwand vorzusehen. Dabei wird auch
bei geringem Hub des Kolbens die Fläche zwischen Kolben und Zylinder
mit Schmiermittel versorgt. Ein Nachteil ist jedoch, daß beim Betrieb
der Maschine das Arbeitsmittel aus der bezüglich der Drehachse der Zylindertrommel
radial außenliegenden
Fläche
zwischen Kolben und Zylinder verdrängt wird. Dies gilt insbesondere
für den
der Gleitschuhseite zugewandten Bereich des Zylinders. Entsprechendes
gilt für
die bezüglich
der Drehachse der Zylindertrommel radial innenliegende Fläche zwischen
Kolben und Zylinder, die der Steuerseite zugewandt ist. In den beschriebenen
Bereichen kommt es daher zu einer erhöhten Abtragung und einer Wärmeentwicklung.
Insbesondere besteht die Gefahr des Festfressens der Kolben.
-
Aus
der
JP 61-28 768 A geht
eine ähnliche Axialkolbenmaschine
hervor, wobei auch dort keine Drosselung vorgesehen ist.
-
Aus
der
JP 7-189889 A ist
eine Axialkolbenmaschine bekannt, bei der vorgesehen ist, daß die Entlastungsnuten
in den Leckraum der Axialkolbenmaschine über eine Gleitfläche ausmünden.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine zu
schaffen, bei welcher die hydrostatische Entlastung der Gleitbewegung
der Kolben in den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel verbessert
ist.
-
Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale eines der Ansprüche 1, 2,
3, 4, 5, 6, 7 oder 9 jeweils in Verbindung mit den gattungsbildenden
Merkmalen gelöst.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die hydrostatische Entlastung
der Gleitbewegung der Kolben mit einer länglich ausgebildeten und spiralförmig oder
zick-zack-förmig
verlaufenden Entlastungsnut, die sich axial in der Zylinderbohrung
entlangwindet, wesentlich verbessert werden kann. Durch die spiralförmige oder
zick-zack-förmig
verlaufende Entlastungsnut ist sichergestellt, daß der Kolben
zumindest in den kritischen Bereichen gleichmäßig hydrostatisch entlastet
wird. Das entlastende Druckfluid wird in der Entlastungsnut geführt. Wenn die
Entlastungsnut fortwährend
mit Druckfluid gespült
wird, tritt gleichzeitig ein Kühleffekt
ein und eine durch die Reibung der Kolben hervorgerufene Wärmeentwicklung
wird durch das durch die Entlastungsnut strömende Druckfluid abgeführt.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, daß die Entlastungsnut fortwährend gespült wird
und sich in der Entlastungsnut deshalb keine Verunreinigungen festsetzen
können.
Die vorliegenden Anwendung kann ohne Schwierigkeiten nicht nur bei
Hohlkolben sondern auch bei Massivkolben angewandt werden, da durch
die hydrostatische Entlastung mittels der Entlastungsnut auch Kolben
mit größerer Masse
sicher entlastet werden. Massivkolben haben gegenüber Hohlkolben
den Vorteil, daß diese
einfacher zu fertigen sind und diese kein Totvolumen aufweisen, das
bei jedem Kolbenhub zusätzlich
komponiert werden muß.
-
Der
Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, daß sich ein
besonders vorteilhafte hydrostatische Entlastung der Gleitbewegung
der Kolben ergibt, wenn die Zylinderbohrungen einen ovalen Querschnitt
und die Kolben einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Die zwischen
der Wandung der Zylinderbohrungen und den Kolben entstehenden Zwischenräume bilden
dann in axiale Richtung verlaufende Ausnehmungen für die hydrostatische
Entlastung der Gleitbewegung der Kolben. Auch bei dieser Ausgestaltung
erfolgt gleichzeitig eine Kühlung der
Gleitzonen.
-
Beiden
Ausgestaltungen ist gemeinsam, daß der konstruktive Aufwand
und der Fertigungsaufwand äußerst gering
sind und die hydrostatische Entlastung der Gleitbewegung der Kolben
daher kostengünstig
realisiert werden kann.
-
Die
Unteransprüche
beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
-
Die
Entlastungsnuten können
vorteilhaft in jeweils einer Laufbuchse ausgebildet sein, die in
die jeweilige Zylinderbohrung axial einschiebbar ist. Die Entlastungsnuten
münden
in den Leckraum der Axialkolbenmaschine vorzugsweise über eine
drosselartige Verengung aus. Dabei bildet sich in den Entlastungsnuten
ein Staudruck, der den effektiven Druck für die hydrostatische Entlastung
erhöht.
Durch die drosselartige Verengung ist ein fortwährender Austausch des Druckfluids
in den Entlastungsnuten gewährleistet,
wodurch sich der bereits beschriebene Kühleffekt ergibt.
-
Vorzugsweise
münden
die Entlastungsnuten in den Leckraum der Axialkolbenmaschine jeweils
an einer Austrittsstelle aus, die an dem bezüglich der Drehachse der Zylindertrommel
radial peripheren Umfangspunkt der jeweiligen Zylinderwandung positioniert
ist. Vorteilhaft münden
die Entlastungsnuten jeweils über
eine Gleitfläche
in den Leckraum der Axialkolbenmaschine aus, die mit einem geringen Abstand
zu dem zugeordneten Kolben verläuft.
Auf diese Weise wird einerseits ein gedrosseltes Ablaufen des Druckfluids
aus den Entlastungsnuten und somit ein für die hydrostatische Entlastung
ausreichender Staudruck in den Entlastungsnuten sichergestellt.
Andererseits wird der Kolben an der Gleitfläche über den gesamten Umfang geschmiert.
Zur gleichmäßigen Verteilung
des Druckfluids an der Gleitfläche
kann eine Ringnut vorgesehen sein. Um die Ablaufgeschwindigkeit
des Druckfluids aus der Entlastungsnut zu erhöhen kann an der Gleitfläche eine
Ablaufdrossel insbesondere in Form einer Nut mit gegenüber der
Entlastungsnut verengtem Querschnitt vorgesehen sein.
-
Es
ist vorteilhaft, wenn sich die Ganghöhe der Entlastungsnut über die
axiale Erstreckung der Zylinderbohrung ändert. Dadurch kann die Ganghöhe der Entlastungsnut
und somit die hervorgerufene hydrostatische Entlastung an die Belastungszonen angepaßt werden.
Besondere Belastungszonen treten erfahrungsgemäß im Bereich des oberen und
unteren Endes der Laufbuchsen auf. Die Ganghöhe der Entlastungsnuten kann
an dem an den durch den Kolben verschlossenen Zylinderraum angrenzenden Ende
größer sein
als an dem gegenüberliegenden Ende.
Diese Maßnahme
erhöht
zudem den Staudruck in der Entlastungsnut. Die Entlastungsnuten können einen
sich stetig verengenden Querschnitt aufweisen. Auch dadurch wird
der Staudruck in den Entlastungsnuten erhöht. An der Zulaufseite der
Entlastungsnuten kann eine Zulaufdrossel vorgesehen sein.
-
Mit
den Entlastungsnuten kann jeweils zumindest eine Drucktasche verbunden
sein, die in der Wandung der Zylinderbohrung zusätzlich ausgebildet ist. Dadurch
kann eine weitere punktuelle hydrostatische Entlastung an der Grenzfläche zwischen
Kolben und Zylinderbohrungen bewirkt werden.
-
Die
Entlastungsnuten können
jeweils zick-zack-förmig
nur in einem bezüglich
der Drehachse der Zylindertrommel radial innenliegenden oder radial
außenliegenden
Bereich ausgebildet sein. Sowohl ein radial innenliegender Bereich
als auch ein dazu radial außenliegender
Bereich können
vorgesehen sein, die über
einen Verbindungsbereich der Entlastungsnut verbunden sind.
-
Es
kann der zwischen der Wandung der Zylinderbohrung und dem Kolben
gebildete Zwischenraum in axialer Richtung konisch verlaufen, um
den für
die hydrostatische Entlastung wirksamen Staudruck zu erhöhen. Vorzugsweise
ist der ovale Querschnitt jeweils an einer in die Zylinderbohrungen
einschiebbaren Laufbuchse ausgebildet.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
-
1 einen
Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine eintsprechend einem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
-
2 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend dem Ausführungsbeispiel
nach 1;
-
3 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel;
-
4 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel;
und
-
5A einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem vierten Ausführungsbeispiel;
-
5B eine
auszugsweise dargestellte Frontansicht entsprechend dem in 5A dargestellten
Ausführungsbeispiel;
-
6 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem fünften Ausführungsbeispiel;
-
7 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem sechsten Ausführungsbeispiel;
-
8 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend eines siebten Ausführungsbeispiel;
-
9 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem achten Ausführungsbeispiel;
-
10A einen Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend
einem neunten Ausführungsbeispiel;
-
10B eine teilweise Frontansicht der Zylindertrommel
entsprechend dem in 10A dargestellten Ausführungsbeispiel;
-
11A einen Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend
einem zehnten Ausführungsbeispiel;
-
11B eine teilweise Frontansicht der Zylindertrommel
entsprechend dem in 11a dargestellten Ausführungsbeispiel;
-
12 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem elften Ausführungsbeispiel;
-
13 eine
teilweise Frontansicht einer Zylindertrommel entsprechend einem
zwölften
Ausführungsbeispiel;
-
14 einen
Schnitt durch die Laufbuchse und den Kolben entsprechend dem in 13 dargestellten
Ausführungsbeispiel.
-
15 einen
Schnitt durch die Zylindertrommel entsprechend einem dreizehnten
Ausführungsbeispiel.
-
Die
in 1 dargestellte Axialkolbenmaschine ist in Schrägscheibenbauweise
mit verstellbarem Verdrängungsvolumen
und einer Stromrichtung ausgeführt
und umfaßt
in bekannter Weise als wesentliche Bauteile ein hohlzylindrisches
Gehäuse 1 mit
einem stirnseitig offenen Ende (oberes Ende in 1) einen
am Gehäuse 1 befestigten,
dessen offenes Ende verschließenden
Anschlußblock 2,
eine Hub- oder Schrägscheibe 3,
einen Steuerkörper 4,
eine Triebwelle 5 und eine Zylindertrommel 6.
-
Die
Schrägscheibe 3 ist
als sogenannte Schwenkwiege mit halbzylindrischem Querschnitt ausgebildet
und stützt
sich mit zwei, mit gegenseitigem Abstand parallel zur Schwenkrichtung
verlaufenden Lagerflächen
unter hydrostatischer Entlastung an zwei entsprechend geformten
Lagerschalen 8 ab, die an der Innenfläche der dem Anschlußblock 2 gegenüberliegenden
Gehäuse-Stirnwand 9 befestigt
sind. Die hydrostatische Entlastung erfolgt in bekannter Weise über Drucktaschen 10,
die in den Lagerschalen 8 ausgebildet sind und über Anschlüsse 11 mit
Druckmittel versorgt werden. Eine in einer Ausbuchtung der zylindrischen
Gehäusewandung 12 untergebrachte
Stelleinrichtung 13 greift über einen sich in Richtung
des Anschlußblocks 2 erstreckenden
Arm 14 der Schrägscheibe 3 an
und dient zum Verschwenken derselben um eine zur Schwenkrichtung
senkrechte Schwenkachse.
-
Der
Steuerkörper 4 ist
an der dem Gehäuse-Innenraum
zugewandten Innenfläche
des Anschlußblocks 2 befestigt
und mit zwei durchgehenden Öffnungen 15 in
Form von nierenförmigen
Steuerschlitzen versehen, die über
einen Druckkanal 16D bzw. Saugkanal 16S im Anschlußblock 2 an
eine nicht gezeigte Druck- und Saugleitung angeschlossen sind. Der
Druckkanal 16D weist einen kleineren Strömungsquerschnitt
als der Saugkanal 16S auf. Die dem Gehäuseinnenraum zugewandte und
sphärisch
ausgebildete Steuerfläche
des Steuerkörpers 4 dient
als Lagerfläche
für die
Zylindertrommel 6.
-
Die
Triebwelle 5 ragt durch eine Durchgangsbohrung in der Gehäuse-Stirnwand 9 in
das Gehäuse 1 hinein
und ist mittels eines Lagers 17 in dieser Durchgangsbohrung
sowie mittels eines weiteren Lagers 18 in einem engeren
Bohrungsabschnitt einer endseitig erweiterten Sackbohrung 19 im
Anschlußblock 2 und
einem an diesen engeren Bohrungsabschnitt angrenzenden Bereich einer
zentrischen Durchgangsbohrung 20 im Steuerkörper 4 drehbar
gelagert. Die Triebwelle 5 durchsetzt im Inneren des Gehäuses 1 weiterhin
eine zentrische Durchgangsbohrung 21 in der Schrägscheibe 3,
deren Durchmesser entsprechend dem größten Schwenkausschlag der Schrägscheibe 3 bemessen ist,
sowie eine zentrische Durchgangsbohrung in der Zylindertrommel 6 mit
zwei Bohrungsabschnitten.
-
Einer
dieser Bohrungsabschnitte ist in einer an der Zylindertrommel 6 angeformten, über deren der
Schrägscheibe 3 zugewandten
Stirnseite 22 hinausragenden hülsenförmigen Verlängerung 23 ausgebildet, über die
die Zylindertrommel 6 mittels einer Keilnut-Verbindung 24 drehfest
mit der Triebwelle 5 verbunden ist. Der verbleibende Bohrungsabschnitt ist
mit konischem Verlauf ausgebildet; er verjüngt sich ausgehend von seinem
Querschnitt größten Durchmessers
nahe dem ersten Bohrungsabschnitt bis zu seinem Querschnitt kleinsten
Durchmessers nahe der am Steuerkörper 4 anliegenden
Stirn- oder Lagerfläche
der Zylindertrommel 6. Der von der Triebwelle 5 und
diesem konischen Bohrungsabschnitt definierte ringförmige Raum
ist mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet.
-
Die
Zylindertrommel 6 weist allgemein axial verlaufende, abgestufte
Zylinderbohrungen 26 auf, die gleichmäßig auf einem zur Triebwellenachse
koaxialen Teilkreis angeordnet sind sowie an der Zylindertrommel-Stirnseite 22 direkt
und an der dem Steuerkörper 4 zugewandten
Zylindertrommel-Lagerfläche über Mündungskanäle 27 auf
dem gleichen Teilkreis wie die Steuerschlitze ausmünden. In
die an der Zylindertrommel-Stirnseite 22 direkt ausmündenden Zylinderbohrungsabschnitte
größeren Durchmessers ist
je eine Laufbuchse 28 eingesetzt. Die Zylinderbohrungen 26 einschließlich der
Laufbuchsen 28 sind hier als Zylinder bezeichnet. Innerhalb
dieser Zylinder 26, 28 verschiebbar angeordnete
Kolben 29 sind an ihren der Schrägscheibe 3 zugewandten
Enden mit Kugelköpfen 30 versehen,
die in Gleitschuhen 31 gelagert und über diese an einer an der Schrägscheibe 5 befestigten
ringförmigen
Gleitscheibe 32 hydrostatisch gelagert sind. Jeder Gleitschuh 31 ist
an seiner der Gleitscheibe 32 zugewandten Gleitfläche mit
je einer nicht gezeigten Drucktasche versehen, die über einer
Durchgangsbohrung 33 im Gleitschuh 31 an einen
abgestuften axialen Durchgangskanal 34 im Kolben 29 angeschlossen
und auf diese Weise mit dem vom Kolben 29 in der Zylinderbohrung 26 abgegrenzten
Arbeitsraum des Zylinders verbunden ist. In jedem axialen Durchgangskanal 34 ist
im Bereich des zugeordneten Kugelkopfes 30 eine Drossel
ausgebildet. Ein mittels der Keilnut-Verbindung 24 axial
verschiebbar auf der Triebwelle 5 angeordneter und durch
eine Feder 35 in Richtung der Schrägscheibe 3 beaufschlagter
Niederhalter 36 hält die
Gleitschuhe 31 in Anlage an die Gleitscheibe 32.
-
Der
im Gehäuse-Innenraum
von den darin aufgenommenen Bauteilen 3 bis 6 etc.
nicht eingenommene Raum dient als Leckraum 37, der das
im Betrieb der Axialkolbenmaschine durch sämtliche Spalten, wie zum Beispiel
zwischen den Zylindern 26, 28 und den Kolben 29,
dem Steuerkörper 4 und der
Zylindertrommel 6, der Schrägscheibe 3 und der Gleitscheibe 32 sowie
den Lagerschalen 8 etc. austretende Leckfluid aufnimmt.
-
Die
Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise für den Betrieb mit Öl als Druckfluid
vorgesehen. Über
die Triebwelle 5 wird die Zylindertrommel 6 mitsamt
den Kolben 29 in Drehung versetzt. Wenn durch Betätigung der
Stelleinrichtung 13 die Schrägscheibe 3 in eine
Schrägstellung
gegenüber
der Zylindertrommel 6 verschwenkt ist, so vollführen sämtliche
Kolben 29 Hubbewegungen; bei Drehung der Zylindertrommel 6 um
360° durchläuft jeder
Kolben 29 einen Saug- und einen Kompressionshub, wobei
entsprechende Ölströme erzeugt
werden, deren Zu- und Abführung über die
Mündungskanäle 27,
die Steuerschlitze 15 und den Druck- und Saugkanal 16D, 16S erfolgen.
-
Erfindungsgemäß ist an
den Wandungen der Zylinderbohrungen 26 bzw. an den die
Wandungen der Zylinderbohrungen 26 bildenden Laufbuchsen 28 jeweils
zumindest eine längliche
Entlastungsnut 40 zur hydrostatischen Entlastung der Gleitbewegung der
Kolben 29 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Entlastungsnut 40 spiralförmig ausgebildet und windet
sich axial in der Zylinderbohrung 26 bzw. der Laufbuchse 28 entlang.
Die Entlastungsnut 40 erstreckt sich dabei über die
gesamte axiale Länge
der Laufbuchse 28. Die Entlastungsnut 40 kann
dabei während
der Fertigung der Laufbuchse 28 eingebracht werden, wobei
nachträglich
die Laufbuchse 28 axial in die Zylinderbohrungen 26 eingeschoben
wird, was die Fertigung wesentlich erleichtert.
-
Obwohl
die in 1 gezeigten Kolben 29 als Hohlkolben
ausgebildet sind, eignet sich die vorliegende Erfindung auch bei
Massivkolben. Durch die erfindungsgemäße Entlastungsnut 40 werden
auch Massivkolben mit größerer Masse
in der Laufbuchse 28 sicher abgestützt und geführt. Massivkolben haben gegenüber Hohlkolben
in offener Bauweise den Vorteil, daß diese kein Totvolumen aufweisen,
was bei jedem Kolbenhub zusätzlich
kompremiert werden muß.
Ferner sind Massivkolben gegenüber
Hohlkolben einfacher zu fertigen.
-
2 zeigt
in einer geschnittenen, vergrößerten Darstellung
eine Zylindertrommel 6, die, von geringfügigen Abweichungen
abgesehen, im wesentlichen baugleich mit der in 1 dargestellten
Zylindertrommel 6 ist. In 2 sind die
in die Zylinderbohrungen 26 eingeschobenen Laufbuchsen 28 erkennbar
an deren Innenfläche 41 mit
den erfindungsgemäßen Entlastungsnuten 40 durch
Ausfräsen
oder Einpressen ausgebildet. Jede Entlastungsnut 40 erstreckt
sich über
die gesamte axialer Länge
der Laufbuchse 28 und mündet
an einem ersten Ende 42 in den Leckraum 37 aus.
Das gegenüberliegende,
dem Steuerkörper 4 zugewandte
Ende 43 mündet
bei zurückgezogenem
Kolben 29 in den Zylinderraum 44, der durch den
Kolben 29 verschlossen ist und während des Kompressionshubs
unter Arbeitsdruck steht. Dadurch wird Druckfluid durch die spiralförmige Entlastungsnut 40 gepreßt. Der
sich in der Entlastungsnut 40 aufbauende hydrostatische
Druck wirkt in radialer Richtung auf den Kolben 29 ein
und verhindert eine metallische Berührung des Kolbens 29 mit
der Laufbuchse 28. Dadurch wird eine hydrostatische Entlastung
der Gleitbewegung der Kolben 29 in der Zylinderbohrung 26 bzw.
in der Laufbuchse 28 erzielt. Im Unterschied zu den bekannten
Drucktaschen erfolgt die hydrostatische Entlastung über den gesamten
Umfang der Kolben 29, was zu einer gleichmäßigeren
hydrostatischen Entlastung führt. Ferner
wird fortwährend
Druckfluid durch die Entlastungsnut 40 gepreßt, so daß mit der
hydrostatischen Entlastung auch ein Kühleffekt einhergeht, der die Gleitzone
der Laufbuchse 28 und des Kolbens 29 kühlt. Der
durch die Entlastungsnuten 40 hervorgerufene Leckverlust
wird durch den verbesserten Wirkungsgrad und die verlängerte Lebensdauer
der erfindungsgemäß ausgebildeten
Axialkolbenmaschinen bei weitem kompensiert.
-
Zur
besseren Erkennbarkeit des spiralförmigen Verlauf der Entlastungsnut 40 sind
in den Figuren der Zeichnung die im oberen Teil der Laufbuchse 28 ausgebildeten
und in den Schnittdarstellungen eigentlich nicht erkennbaren Abschnitte
der Entlastungsnut 40 zusätzlich gestrichelt eingezeichnet.
-
3 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied zu dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß an
dem dem Steuerkörper 4 bzw.
dem Zylinderraum 44 gegenüberliegenden Ende 42 eine
drosselartige Verengung 45 ausgebildet ist, die den für die hydrostatische
Entlastung wirksamen Staudruck erhöht. Der in den Entlastungsnuten 40 für die hydrostatische
Entlastung wirksame Staudruck kann durch den Öffnungsquerschnitt der drosselartigen
Verengung 45 eingestellt werden.
-
4 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, wobei bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied zu dem in den 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
besteht darin, daß die
Ganghöhe
der spiralförmig
verlaufenden Entlastungsnuten 40 sich über die axiale Erstreckung
der Zylinderbohrung 26 bzw. der Laufbuchse 28 ändert. In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ganghöhe an dem
dem Zylinderraum 44 bzw. dem Steuerkörper 4 zugewandten Ende 43 größer als
an dem gegenüberliegenden Ende 42.
Dies ist sinnvoll, da durch die auf den Kolben 29 einwirkende
Radialkomponente der Kolben an dem oberen Ende der Laufbuchse 28 mit
einer besonders hohen Radialkraft anliegt und dort die radiale Entlastung
entsprechend groß sein
muß. Ferner
entsteht durch die abnehmende Ganghöhe in der Strömungsrichtung,
mit welcher das Druckfluid die Entlastungsnut 40 durchströmt, ein
entsprechend erhöhter
Staudruck in der Entlastungsnut 40, der die hydrostatische
Entlastung begünstigt.
Allgemein ist es denkbar, die Ganghöhe der spiralförmigen Entlastungsnut 40 überall dort
zu verringern, wo aufgrund praktischer Erfahrungen eine besonders
hohe hydrostatische Entlastung notwendig ist. So ist es z. B. denkbar,
an beiden Enden 42 und 43 eine besonders geringe
Ganghöhe
für die
Entlastungsnut 40 vorzusehen.
-
5A zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 5B zeigt die entsprechende Frontansicht
der Zylindertrommel 6 mit Blick auf die Zylinderbohrungen 26.
Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß die
Austrittsstelle 46 des dem Zylinderraum 44 gegenüberliegenden
Endes 42 der Entlastungsnut 40 an dem bezüglich der
Drehachse 47 der Zylindertrommel 6 radial peripheren
Umfangspunkt der Zylinderwandung bzw. der Laufbuchse 28 positioniert
ist. Es hat sich gezeigt, daß dies
für die hydrostatische
Entlastung Vorteile bietet, da besonders einem Ausweichen des Kolbens 29 radial
nach außen
wirkungsvoll entgegengewirkt wird.
-
6 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem fünften
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,
wobei auch hier bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen sind. Der Unterschied zu dem in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß das
dem Zylinderraum 44 abgewandte Ende 42 der Entlastungsnut 40 nicht
unmittelbar in den Leckraum 37 ausmündet, sondern daß eine Gleitfläche 48 vorgesehen
ist. Der Innendurchmesser der Gleitfläche 48 entspricht
im wesentlichen dem Außendurchmesser
der Kolben 29, d. h. die Gleitfläche 48 verläuft in nur
geringem Abstand von dem Kolben 29. Das die Entlastungsnut 40 durchströmende Druckfluid
erfährt
daher in dem Ringraum zwischen der Gleitfläche 48 und dem Kolben 29 eine
gewisse Drosselung, was den Staudruck in der Entlastungsnut 40 und
somit die wirksame hydrostatische Entlastung erhöht. Zur gleichmäßigen Einleitung
des Druckfluids in den Ringraum zwischen der Gleitfläche 48 und
dem Kolben 29 ist vorzugsweise zwischen der Gleitfläche 48 und
der Entlastungsnut 40 eine Ringnut 49 vorgesehen.
-
7 zeigt
einen Schnitt durch eine Zylindertrommel 6 entsprechend
einem sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besteht darin, daß an
der Gleitfläche 48 eine
Nut 50 vorgesehen ist, um eine Ablaufdrossel zu bilden
und den wirksamen Drosselquerschnitt des Ringraums zwischen der
Gleitfläche 48 und
dem zugeordneten Kolben 29 zu erhöhen. Durch die Breite und Tiefe
der Nut 50 kann der Drosselquerschnitt und somit der Staudruck in
der Entlastungsnut 40 bedarfsgerecht eingestellt werden.
-
8 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem siebten Ausführungsbeispiel.
Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu den bereits beschriebenen
Ausführungsbeispielen
besteht darin, daß die Entlastungsnut 40 einen
sich von dem an den Zylinderraum 44 angrenzenden Ende 43 in
Richtung auf das gegenüberliegende
Ende 42 stetig verengenden Querschnitt aufweist. Der sich
stetig verengende Querschnitt der Entlastungsnut 40 führt zu einem
erhöhten
Staudruck in der Entlastungsnut 40 und somit zu einer effizienten
hydrostatischen Entlastung. Die Variation des Querschnitts der Entlastungsnut 40 kann
auch mit einer Variation der Ganghöhe der Entlastungsnut 40 ohne
weiteres kombiniert werden.
-
9 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem achten Anführungsbeispiel
der Erfindung. Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen
Ausführungsbeispielen
ist bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Zulaufdrossel 51 für
die spiralförmige
Entlastungsnut 40 vorgesehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Zulaufdrossel 51 dadurch gebildet, daß zwischen
der Entlastungsnut 40 und dem Zylinderraum 44 eine
Gleitfläche 52 vorgesehen
ist, die von dem in die Laufbuchse 28 eingesetzten Kolben 29 nur
einen geringen Abstand aufweist. Zur Einstellung des Drosselquerschnitts
kann die Gleitfläche 52 eine Nut 53 aufweisen.
Zur gleichmäßigen Aufnahme
und Einleitung des Druckfluids in die Entlastungsnut 40 kann
eine Ringnut 54 zwischen der Gleitfläche 52 und der Entlastungsnut 40 vorgesehen
sein. Die Maßnahmen
der in 7 dargestellten Ablaufdrossel und der in 9 dargestellten
Zulaufdrossel können
selbstverständlich
auch miteinander kombiniert werden.
-
10A zeigt einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem neunten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 10B zeigt die entsprechende
Frontansicht der Zylindertrommel 6 mit Blick auf die Zylinderbohrungen 26.
Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu den bereits beschriebenen
Ausführungsbeispielen besteht
darin, daß die
spiralförmige
Entlastungsnut 40 mit einer Drucktasche 55 verbunden
ist. Mittels der Drucktasche 55 kann eine gezielte Radialkomponente
für die
hydrostatische Entlastung des in die Laufbuchse 28 eingesetzten
Kolbens 29 erzeugt werden. Durch geeignete Anordnung der
Drucktasche 55 und sofern notwendig weiterer Drucktaschen
kann eine gezielte Stabilisierung der Bewegungsachse des Kolbens 29 bezüglich der
Achse 56 der Laufbuchse 28 erreicht werden. Besonders
vorteilhaft ist es, eine Drucktasche 55 wie in den 10A und 10B gezeigt,
im bezüglich
der Drehachse 47 peripher äußeren Bereich der Wandung der
Laufbuchse 28 bzw. der Zylinderbohrung 26 anzuordnen,
da dort erfahrungsgemäß die größten Radialkraftkomponenten
der Kolbenkräfte
auftreten
-
11A zeigt einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 11B zeigt eine entsprechende
Frontansicht der Zylindertrommel 6 mit Blick auf die Zylinderbohrungen 26.
Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden
Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu den bereits beschriebenen
Ausführungsbeispielen verläuft die
Entlastungsnut 40 nicht spiralförmig sondern zick-zack-förmig in
einem bezüglich
der Drehachse der Zylindertrommel 6 radial außenliegenden Bereich 60 der
Laufbuchse 28. In 11B ist
der Öffnungswinkel α dieses bezüglich der
Drehachse 47 radial außenliegenden
Bereichs 60 dargestellt. Der Öffnungswinkel α des radial
außenliegenden
Bereichs 60, in welchem die zick-zack-förmig verlaufende Entlastungsnut 40 angeordnet
ist, liegt vorzugsweise zwischen 60° und 120° und beträgt besonders bevorzugt etwa
90°. Da
dieser radial außenliegende Bereich 60 der
Laufbuchse 28 bzw. der Zylinderbohrung 26 aufgrund
der auf den Kolben 29 einwirkenden Radialkomponente bzw.
auch aufgrund der Zentrifugalkraft besonders beansprucht ist, kann
die Anordnung der Entlastungsnut 40 nur in diesem Bereich 60 ausreichend
und vorteilhaft sein.
-
12 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Auch hier sind bereits beschriebenen Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen. Im Unterschied zu dem in den 11A und 11B dargestellten Ausführungsbeispiel, verläuft die
Entlastungsnut 40 nicht ausschließlich in dem radial außenliegenden
Bereich 60, sondern in Flußrichtung des Druckfluids zunächst in
einem radial innenliegenden Bereich 61 und dann in einem
radial außenliegenden
Bereich 60. Zwischen dem radial innenliegenden Bereich 61 und dem
radial außenliegenden
Bereich 60 weist die Entlastungsnut 40 einen Verbindungsbereich 62 auf.
Mit dieser Ausgestaltung der Entlastungsnut 40 können auf
den Kolben 29 radial nach außen einwirkende Radialkomponenten
besonders gut entlastet werden, da auf den Kolben 29 durch
die Laufbuchse 28 eine Gegenkraft in Form eines Kräftepaars
ausgeübt
wird, dessen erste Kraftkomponente im Bereich 60 bezüglich der
Drehachse 47 radial nach innen und dessen zweite Kraftkomponente
im Bereich 61 bezüglich
der Drehachse 47 radial nach außen wirkt.
-
13 zeigt
eine Frontansicht der Zylindertrommel 6 entsprechend einem
zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weisen die Zylinderbohrungen 26 bzw. die Innenwandungen
der Laufbuchsen 28 einen ovalen Querschnitt auf, während die
nicht dargestellten Kolben 29 eine kreisrunden Querschnitt
aufweisen. Dadurch entstehen zwischen der Innenwandung der Laufbuchse 28 und
den Außenflächen der
Kolben 29 zwei sich gegenüberliegende Zwischenräume 70, 71, die
in 14 veranschaulicht sind. Dabei zeigt 14 einen
Schnitt durch die Laufbuchse 28 und den Kolben 29 senkrecht
zu der Achse 56 der Laufbuchse. Die Zwischenräume 70, 71 bilden
dabei parallel zu der Achse 56 der Laufbuchse 28 laufende
Kanäle,
die sich ähnlich
wie die Entlastungsnuten 40 in axialer Richtung der Laufbuchsen 28 erstrecken.
Vorzugsweise sind die Zwischenräume 70, 71 so
orientiert, daß ein
erster Zwischenraum 70 der Drehachse 47 der Zylindertrommel 6 zugewandt
und ein gegenüberliegender
zweiter Zwischenraum 71 der Drehachse 47 der Zylindertrommel 6 abgewandt
ist. Besonders bevorzugt verlaufen die Zwischenräume 70, 71 von
den Zylinderräumen 44 zu
dem Leckraum 37 hin sich konisch verengend, so daß in den
Zwischenräumen 70, 71 sich
ein Staudruck aufbaut, der die hydrostatische Entlastung begünstigt.
-
15 zeigt
einen Schnitt durch die Zylindertrommel 6 entsprechend
einem dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Auch hier sind bereits beschriebene Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen
versehen. Im Unterschied zu dem in 12 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist eine erste Entlastungsnut 40a mit einem radial innenliegenden
Bereich 61 und eine zweite Entlastungsnut 40b mit
einem radial außenliegenden
Bereich 60 vorgesehen. In dem radial innenliegenden Bereich 61 und
dem radial außenliegenden
Bereich 60 sind die Enlastungsnuten 40a und 40b jeweils
zick-zack-förmig
geführt,
in ähnlicher
Weise wie bei dem in 12 dargestellten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zu dem in 12 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind
der radial innenliegende Bereich 61 und der radial außenliegende
Bereich 60 jedoch voneinander getrennt und jeweils einer
separaten Entlastungsnut 40a, 40b zugeordnet.
Die Verbindung des radial innenliegenden, zick-zack-förmigen Bereichs 61 der ersten
Entlastunsnut 40a mit dem Leckraum 37 erfolgt über eine
erste Verbindung 80. Die Verbindung des radial außen liegenden,
zick-zack- förmigen Bereich 60 der
zweiten Entlastungsnut 40b mit dem Zylinderraum 44 erfolgt über eine
zweite Verbindung 81. Die Verbindungen 80 und 81 sind
vorzugsweise ebenfalls als Nuten ausgebildet. Der Vorteil bei dieser Ausführungsform
besteht darin, daß sowohl
für den radial
innenliegenden zick-zack-förmigen
Bereich 61 als auch für
den radial außenliegenden
zick-zack-förmigen
Bereich 60 durch die jeweils unmittelbare Verbindung mit
dem Zylinderraum 44 und dem Leckraum 37 eine effektive
hydraulische Entlastung, sowie eine verbesserte Schmierung und Kühlung erreicht
wird. Sich eventuell in den zick-zack-förmigen Bereichen 61 bzw. 60 festsetzende
Schmutzpartikel werden effektiv freigeschwemmt, ohne daß die Gefahr
besteht, daß sich
diese Schmutzpartikel in dem jeweils anderen zick-zack-förmigen Bereich 60, 61 erneut
festsetzen.