DE2617879C3 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, deren in einem rotierenden Zylinderblock ausgebildete parallelachsige Zylinder während des Umlaufs abwechselnd mit einem Hochdruckkanal und einem Niederdruckkanal in Verbindung kommen, wobei die Zylindertoträume einen vergrößerten Durchmesser und die Wandung des Zylinderblocks im Bereich der Zylindertoträume eine Verstärkung aufweist. Eine solche Maschine ist aus der DE-AS 14 53 480 bekannt.

Hydrostatische Axialkolbenmaschinen dieser Bauart finden Anwendung auf sehr verschiedenartigen Gebieten, z. B. in Flugzeugen, Schiffen, Fördergeräten, Hebezeugen, Straßenbaumaschinen, Hütten-Walzstraßen, Werkzeugmaschinen, Pressen, Fertigungsstraßen, Erdbewegungsmaschinen, insbesondere Bagger, Schlepper und dergleichen, wobei es oft speziell um Druckflüssigkeitsgetriebe (Druckflüssigkeits-Transmission) geht. Die zu erzeugenden bzw. zu verarbeitenden Drücke können dabei sehr erheblich werden. Wenn die Lager mit ausreichender Festigkeitsreserve gewählt sind, begrenzt der bruchgefährdete Zylinderblock die anwendbaren Drücke.

Je größer die Wellendrehzahl und höher der Druckwert sind, desto höher ist die spezifische Leistung der Maschine. Deshalb ist die Erzielung einer hohen Festigkeit des Zylinderblocks eine wichtige Aufgabe bei der Entwicklung von hydrostatischen Axialkolbenmaschinen für hohe Drücke.

Bei der eingangs beschriebenen bekannten Ausbildung wird versucht, durch die genannte Verstärkung der Zylinderwandung im Bereich der Zylindertoträume eine Erhöhung der Festigkeit zu erzielen. Dabei ist die Außenfläche der verstärkten Zylinderkopfwandung zylindrisch ausgebildet, so daß die Wandstärke der Außenwandung des Zylinderblocks längs des Umfangs zwischen einem maximalen Wert zwischen zwei benachbarten Zylindern und einem minimalen Wert im Bereich der äußersten Mantellinie jedes Zylinders schwankt. Die wirkenden Drücke erzeugen nun Spannungen, die entsprechend der sie aufnehmenden Materialstärke stark unterschiedlich sind; es treten also hohe Spannungsgradienten auf. Diese hoher. Spannungsgradienten und nicht so sehr die absolute Größe der wirkenden Spannungen sind es, die vor allem die Dauerfestigkeit des Bauteils ungünstig beeinflussen und die als Nachteil der bekannten Ausbildung anzusehen sind.

ίο Die bei der bekannten Ausbildung vorhandene Vergrößerung des Außendurchmessers des Zylinderblocks im Bereich der Zylindertoträume kann allenfalls das Spannungsniveau insgesamt herabsetzen, ohne daß aber die Spannungsgradienten, d. h. die starken Änderungen der Spannung längs des Umfangs abgebaut wurden.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Ausbildung sind die auf Grund schroffer Querschnittsänderungen zu erwartenden Spannungskonzentrationen am Übergang der Innenfläche der Toträume in die Kanäle.

Aus der GB-PS 8 30 478 ist noch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine bekannt, deren Zylinderloträume eine ausgerundete Form aufweisen. Auch hier ist jedoch die Außenfläche des Zylinderblocks im Bereich der Toträume zylindrisch ausgebildet, so daß bezüglich der längs des Umfangs veränderlichen Wandstärke und damit der Spannungsgradienten das gleiche ,gut wie für die eingangs genannte gattungsgemäße Ausbildung. Mit dieser hat die Ausbildung gemäß GB-PS 8 30 478 auch

jo den ungünstigen Übergang zwischen den Arbeitskammern und den in diese mündenden Kanälen gemeinsam. Daß diese Lösung auch strömungsdynamisch ungünstig ist, sei auch noch vermerkt, ebenfalls, daß bei solchen Ausbildungen starke Laufgeräusche auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine zu schaffen, deren Belastbarkeit und Lebensdauer durch Verminderung der Spannungsgradienten, d. h. der Spannungsänderungen längs des Umfangs des Zylinderblocks im Bereich der Zylindertoträume verbessert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgegangen von der eingangs beschriebenen bekannten Ausbildung und erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Fläche jedes Zylindertotraums kugelig ausgebildet ist und knickfrei in den von ihm ausgehenden Kanal übergeht, und daß die Verstärkung der Zylinderblockwandung in Gestalt einer im Querschnitt äquidistant zu den äußeren Abschnitten der Totraumflächen verlaufende Außenflä ehe ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung ist eine ungefähre Gleichfestigkeit der Zylinderblockwände im Bereich der Toträume in allen Richtungen erreicht, so daß sich eine Verringerung der Spannungsgradienten und damit eine verlängerte Lebensdauer ergibt.

Außerdem sind durch die knickfreien Übergänge der Strömungsraumquerschnitie Spannungskonzentrationen beseitigt, die sonst die Ermüdungsfestigkeit vermindern. Bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Zylindertoträume werden die Verformungen und Spannungen in den Zylinderblockwänden gleichmäßig verteilt.

Es kann zweckmäßig sein, auf der Außenfläche des Zylinderblocks im Bereich der Zylindertoträume ein Verfestigungs-Deckband vorzusehen, dessen Außenfläehe äquidistant zu den äußeren Abschnitten der Totraumflächen verläuft.

Bei einer solchen Ausgestaltung werden infolge der zwischen der Außenfläche des Zylinderblocks und dem

Deckband wirksamen Reibung die gleichen Wirkungen erzielt und darüber hinaus ermöglicht es das Deckband, bekannte zylinderförmige Konstruktionen auf die neue Blockbauart umzurüsten. Durch geeignete Wahl des Werkstoffes des Deckbandes kann eine höhere Festigkeit des zusammengesetzten Zylinderblocks erreicht werden, als bei einem einstückigen Block aus gleichartigem Werkstoff. In vielen Fällen hat eine solche Lösung auch Vorzüge in fertigungstechnischer Hinsicht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand ein^s Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine;

F i g. 2 den Längsschnitt des Zylinderblocks;

F i g. 3 den Querschnitt des Zylinderblocks;

Fig.4 einen teilweisen Längsschnitt des Zylinderblocks mit Deckband im Bereich der Zylindertoträume.

I,n Gehäuse 1 ist eine Welle 2 in einem Tragstützlager 3 und einem Radiallager 4 gelagert. Letztere^, stützt sich mit seiner Stirnfläche gegen den Decke! 5 ab, in dessen Ausdrehung eine Manschettendichtung 6 untergebracht ist. Die Dichtung 6 wirkt mit einer fest auf der Welle 2 sitzenden Büchse 7 zusammen. Der Deckel 5 stützt sich seinerseits gegen einen Federring 22.

Das andere Ende der Welle 2 ist als Flansch mit halbkugeligen Ausnehmungen in der Stirnfläche ausgeführt, die dem Zylinderblock 8 zugewandt ist. In diesen Ausbohrungen sind Köpfe 9 der Pleuel 10 befestigt, die gelenkig mit den Kolben 11 verbunden sind, welche hin- und herbeweglich in axialen Zylinderbohrungen 12 des rotierenden Zylinderblocks 8 angeordnet sind.

Am Kopfende gehen die Zylinderbohrungen über in Zylindertoträume 13, die je nach der Drehstellung des Zylinderblocks durch den Kanal 14 mit dem Hochdruckraum oder durch den Kanal 14a mit dem Niederdruckraum in Verbindung stehen.

In einer zentralen halbkugeligen Ausnehmung im Flansch der Welle 2 ist ähnlich den Pleueln 10 ein Zapfen 15 befestigt, der als Tragstütze des Blocks 8 dient. Zur Befestigung der Pleuel 10 und des Zapfens 15 an dem Flansch der Welle 2 dient eine Platte 16. Diese Platte 16 hält mittels (in der Zeichnung nicht angedeuteter) Schrauben die Köpfe 9 der Pleuel 10 im Flansch fest und verhindert das Heraustreten der Pleuel 10 aus den halbkugeligen Ausnehmungen beim Auftreten von Zugkräften in den Pleueln 10. Der zentrale Zapfen 15 rotiert auf Grund einer Federkeilverbindung 17 synchron mit dem Zylinderblock 8.

Die Fläche 18 jedes Zylindertotraums 13 ist kugelig ausgeführt und geht knickfrei in die Kanäle 14 oder 14a über, die mit den Öffnungen 19 bzw. 19a des Verteilers 20 in Verbindung kommen.

Der Verteiler 20 hat eine konvexe Stirnfläche, die mit der ihr zugewandten konkaven Stirnfläche des Zj linderblocks 8 ein Gleitpaar bildet. Der Verteiler 20 dient zur Flüssigkeitsverteilung sowie auch als zweite Tragstütze des Blocks 8.

Der Zapfen 15 ist mit seinem Kugelkopf in der halbkugeligen Ausnehmung im Flansch der Welle 2 und mit dem gegenüberliegenden Ende in einem Gleitlager gehalten, das eine Büchse 21 darstellt, die in eine Zentralausbohrung des Verteilers 20 eingepreßt ist.

Der Verteiler 20 stützt sich mit seiner vom Zylinderblock abgewandten ebenen Stirnfläche gegen einen Kopfdeckel 23 ab, der mittels Schrauben 24 am Gehäuse 1 befestigt wird. Im Deckel 23 sind Kanäle 25 vorgesehen, welche mit einer Stutzenöffnung 26 in Verbindung stehen, an die eine (in der Zeichnung nicht angedeutete) Rohrleitung angeschlossen ist

Die Außenfläche 27 des Zylinderblocks 8 im Bereich der Zylindertoträume 13 verläuft, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich, äquidistant zu den Flächen 18 der Zylindertoträume. Dadurch wird eine Gleichfestigkeit der Wände des Zylinderblocks 8 in Umfangsrichtung erreicht. Eine solche Gestalt des Blocks 8 vermindert die Spannungsgradienten in den Wänden des Blocks 8.

Man kann, wie in F i g. 4 gezeigt, auf der Außenfläche des Zylinderblocks 8 im Bereich der Zylindertoträume 13 ein Verfestigungs-Deckband 28 vorsehen, dessen Außenfläche zu der Fläche 18 äquidisiant verlauf!. Dadurch wird es möglich, gleichzeitig mit einer Verfestigung des Zylinderblocks 8 zylinderförmige Konstruktionen zu benutzen und jeweils optimale Werkstoffe zu verwenden.

Der Betrieb der Axialkolbenmaschine verläuft in bekannter Weise. Beim Rotieren der Welle 2 laufen die Pleuel 10 gemeinsam um die Achse um, die zur Welle 2 um einen bestimmten Winkel geneigt ist. Die mit den Pleueln 10 gelenkig verbundenen Kolben 11 laufen mit dem Zylinderblock 8 um und werden in bezug auf diesen in Axialrichtung hin und her angetrieben. Bei jeder Umdrehung des Blocks 8 führt jeder Kolben einen Arbeitshub und einen Leergang aus, wobei er zwei Totpunkte durchläuft.

Wird die Maschine als Pumpe betrieben, so laufen die Kolben 11 beim Arbeitshub in den Zylinderbohrungen 12 in Richtung zum Verteiler 20 und drücken die Flüssigkeit aus den Hubräumen durch die Toträume i3 in die Kanäle 14 des Zylinderblocks und weiter in den Druckraum des Verteilers 20. Aus dem Hohlraum des Verteilers 20 gelangt die Flüssigkeit in die Kanäle 25 des Kopfdeckels 23 und in die Stutzenöffnung 26 und von hier in die Druckrohrleitung. Gleichzeitig saugen diejenigen Kolben 11, die den Saughub ausführen, indem sie sich in bezug auf den Block 8 in Richtung vom Verteiler weg bewegen, die Flüssigkeit ein.

Die Flüssigkeits-Leckverluste, die durch die Spiele in den gleitenden Reibungspaaren längs der Kolben 11 und des Verteilers 20 auftreten, gelangen in das Innere des Gehäuses 1 und werden durch eine Öffnung über eine Rohrleitung einem Auffangbehälter zugeführt.

Wird die Maschine als Hydromotor betrieben, so wird die Flüssigkeit unter Druck durch die Stutzenöffnung 26 im Kopfdeckel 23 und die Kanäle 25 des Verteilers 20 den Zylinderräumen zugeführt. Beim Arbeitshub werden die Kolben 11 unter dem Flüssigkeitsdruck aus den Zylinderbohrungen 12 des Blocks 8 herausgeschoben und ihre Fortschrittsbewegung wird in die Drehbewegung der Welle 2 umgewandelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine, deren in einem rotierenden Zylinderblock ausgebildete parallelachsige Zylinder während des Umlaufs abwechselnd mit einem Hochdruckkanal und einem Niederdruckkanal in Verbindung kommen, wobei die Zylindertoträume einen vergrößerten Durchmesser und die Wandung des Zylinderblocks im Bereich der Zylindertoträume eine Verstärkung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche (18) jedes Zylindertotraums (13) kugelig ausgebildet ist und knickfrei in den von ihm ausgehenden Kanal (14, 14a) übergeht, und daß die Verstärkung der Zylinderblockwandung in Gestalt einer im Querschnitt äquidistant zu den äußeren Abschnitten der Totraumflächen (18) verlaufende Außenfläche (27) ausgebildet ist.

2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Zylinderblocks (8) im Bereich der Zylindertoträume (13) ein Verfestigungs-Deckband (28) vorgesehen ist, dessen Außenfläche äquidistant zu den äußeren Abschnitten derTotrauinflächen (18) verläuft.