DE3043436A1 - Verbesserungen bezueglich der steuerflaechen von hydraulischen pumpen und motoren - Google Patents

Description

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!field Engineering Pty. Limited, 45 Carters Road, Dural, New South Wales, Australien

Verbesserungen bezüglich der Steuerflächen von hydraulischen Purrpen und Motoren

Die Erfindung betrifft Hydraul ikpurr.pen und Motore, bei denen eine rotierende Zylinderbuchse, die ir-ehrere Kolben enthält, eine Steuerfläche hat, die gegen eine stationäre Oberfläche gelagert ist, welche Einlaß- und Auslaßcffnungen aufweist. Die Erfindung betrifft insbesondere die Steuerflächen, die gewöhnlich eben sind, aber euch zu— Teil von sphärischer oder konischer Forrr: sein können.

Die Steuerflächen sind gewöhnlich hauptsächlich hydrostatisch ausbalanciert und gegeneinander feder gespannt, so daß dort enger Kontakt und vernachlässigbare Leckage aus den unter Kochdruck stehenden Öffnungen gegeben ist. üblicherweise weist die Fläche der Zylinderbuchse die Form eines Kreisrings auf, der von öffnungen in den Zylindern durchbrochen ist, so daß die öffnungen von benachbarten ringförrnicen Dichtungsflächenbereichen umgeben sind.

Wegen des engen Dichtungskontaktes an den einander benachbarten ringförmigen Dichtungsflächen, laufen die Oberflächen

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dann, wenn keine Leckagen auftreten, sehr heiß und es ist daher notwendig, bewährte Lagerir.aterialien zu verwenden, etwa eine harte Oberfläche und eine mit eineir. niedrigen Schmelzpunkt.

Die hauptsächliche Beschränkung der Betriebslebensdauer solcher Pumpen und Motore liegt in der Leckage der Steuerflächen, die aus Deformationen resultiert oder aus Verschleiß der aufeinander arbeitenden Steuerflächen. Der Zweck der Erfindung ist die Schaffung von Elementen zur Verminderung der Begrenzung der Betriebslebensdauer.

Die geschlossenen Innenkanten jeder der beiden einander gegenüberstehenden ringförmigen Dichtungsflachen sind durch den Flüssigkeitsstrom von und zu den öffnungen gut gekühlt. Die äußeren Kanten sind ebenso gut gekühlt, in dieser Fall durch Flüssigkeit im Pumpengehäuse, jedoch stehen die Innenkanten der inneren Dichtungsflächen in Kontakt mit einem lediglich sehr kleinen Volumen, hauptsächlich statischer Flüssigkeit, welche die Achse eier Zylinderbüchse umgibt. Deshalb laufen die gegenüberstehenden inneren Dichtungsflächen mit höherer Temperatur als die äußeren Flächen und daraus resultiert thermische Deformation, die bewirkt., daß die beiden einander gegenüberstehenden Oberflächen leicht convex werden. Daraus resultiert wiederum erhöhte Leckage an der äußeren Dichtungsfläche, die weiterhin durch den Strom gekühlt wird, während die erhöhte Flächenbelastung an den inneren Dichtflächen mit Null-Leckage, eine weitere Temperaturerhöhung bewirkt.

Ein Ziel der Erfindung ist es, einen ausreichenden Kühlstrom zur -Innenseite der inneren Dicntungsfläche zu erzeugen und dabei

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größtenteils gleichmäßige Temperaturen über die ganze Oberfläche der Steuerfläche und Verminderung thermischer Verformung zu erreichen. Der Hauptgrund für Verschleiß zwischen den Steuerflächen ist der, daß in der Flüssigkeit enthaltene kleine Festpartikel in den Zwischenraum gedruckt werden, wo sie in die weiche Oberfläche eingebettet werden und Abrieb an der harten Gegenfläche erzeugen. Der Strom der Flüssigkeit durch die Öffnungen bewirkt, daß die Abriebpartikel von den benachbarten Innenkanten der Dichtungsflächen weggespült werden und Festpartikei von den äußeren Ksnten der äußeren Dichtungsflachen zentrifugiert werden. In jedem Fall werden jedoch Festpartikel in den Zwischenraum an den Innenkanten der inneren Dichtungs- £lachen zentrifugiert und dies bewirkt im höheren Maße Verschleiß.

Ein zweites Ziel einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es, den Kühlstrorrt so an die Innenkanten der Innendichtflächen zu legen, daß dieser Bereich von Festpartikeln gereinigt wird und dadurch ein Hauptgrund für schleifenden Abrieb beseitigt wird.

Die Notwendigkeit, eine Oberfläche mit niedrigen! Schmelzpunkt vorzusehen, führt zu anderen Gründen für Fehler, "wie Kavitation, Erosion der weichen Oberflächen oder, wenn Leckage an einer kleinen radialen Schramme beginnt, steigt diese schnell an, weil der Strom der Kochdruckflüssigkeit Erosion bewirkt. Idealerweise sollten beide Oberflächen aus hartem, abriebfestem Material bestehen, aber dies ist nur möglich, wenn die Oberflächen über ihre gesamten Bereiche kontinuierlich gekühlt werden.

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Es ist ein weiteres Ziel bevorzugter Ausführungen der Erfindungen, den Gebrauch von zwei harten Materialien zu erlauben, äie als Steuerflächen aufeinander laufen.

Gemäß der Erfindung ist eine hydraulische Pumpe oder Motor geschaffen worden, ir.it einer in einer Gehäusekammer rotierenden Zylinderbüchse, die mehrere kreisumfangsförmiq angeordnete Kolben enthält und eine Zylindersteuerfleche hat, die eine gleiche Anzahl von kreisurrfangsförir.ig engeordneten Zylincercffnungen aufweist, wobei die Zylindersteuerfläche an einer stationären Steuerfläche eines Steuerkopfes anliegen, der kreisumfangsförmig angeordnete Einlaß- und Ausleßöffnungen hat, die dadurch gekennzeichnet ist, daß in der Büchse und derr. Steuerkopf jeweils mindestens ein Durchlaß vorgesehen ist, jeder Durchlaß sich von der Kammer zu einem radialförmigen Bereich an der Innenseite der Zylindersteuerflache erstreckt und dabei der Flüssigkeit ermöglicht, von der Kanter zu und von der. Bereich durch die Durchlässe zu fließen und schließlich der Durchlaß in der Zylinderbuchse mit dem Bereich dicht benachbart der innersten Kante der Zylindersteuerfläche kommuniziert.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden en einem Beispiel unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht im Teilschnitt einer zusammengebauten Verdrängerpumpe oder Motor gemäß der Erfindun g,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Zylinderbuchse und des Steuerkopfflächenbereichs der Buchse gemäß Fig. 1,

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Fig. 3 ein Schnitt der Zylinderbuchsen-Steuerflächen entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht ähnlich Fig. 2 eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3, jedoch mit dagegen unterschiedlicher Ausführung der Zylinderbuchsen-Steuerflächen und

Fig. 6 eine Ansicht der feststehenden Steuerkopfoberfläche entsprechend komplementär zur sich bewegenden Oberfläche gemäß Fig. 5.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, umfaßt die Pumpe oder der Motor gemäß Fig. 1 und 2 einen stationären Steuerkopf 10, gegen den eine Zylinderbuchse 11 rotiert. Die Zylinderbuchse wird mittels einer Feder 12 gegen den Steuerkopf gedrückt und während sie rotiert, werden nacheinander mehrere Zylinderöffnungen in Kommunikation mit einer Einlaßöffnung 8 und einer Auslaßöffnung 9 gebracht, die in dem stationären Steuerkopf vorgesehen sind. Der grundsätzliche Aufbau und die Arbeitsweise solcher Hydraulikpumpen oder Motore ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind radiale Löcher 15 zwischen jeden Zylinder der Zylinderbuchse 11 gebohrt und axiale Bohrungen 16 sind mit diesen radialen Bohrungen verbunden. Vorzugsweise sollen die axialen Bohrungen leicht in die Innenkanten 17 der inneren Dichtungsfläche 18 einschneiden, so

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daß sie allen in diese Zone zentrifugierte^. Abrieb sa^-neln. Eine oder mehrere Eohrungen oder Durchlässe 19 sind auch in dem stationären Steuerkopf 10 vorgesehen, um eine Verbindung der Flüssigkeit in den; Körperhohlrauir. 20 ir.it einen Bereich 21 an der Innenseite der inneren Dichtungsflächen 18 zu schaffen. Die Bohrungen 19 können zum Beispiel in einem Winkel zu den aufeinander arbeitenden Steuerflächen angeordnet sein, vie es in Fig. 1 und 2 dargestellt ist oder parallel, wie in Fig. 4 dargestellt.

Infoige der Rotation der Flüssigkeit in derr Gehäuse, tritt eine Zentrifugalkraftkorpenente in dieser Flüssigkeit während des Betriebs auf. Dies bewirkt eine Strömung an die Innenseite der inneren Dichtungsflache 18, die dann durch die Rotorbohrungen 15 zentrifugiert wird., wodurch ein kontinuierlicher Kühlstrorckreislauf entsteht und feste Partikel vom Bereich 21 an der Innenseite der inneren Dichtungsfläche entfernt werden. Durch diese bevorzugte Anordnung werden die ersten beiden obengenannten Ziele erreicht.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung sind die inneren und äußeren rotierenden Dichtungsflächen 22 beziehungsweise 23 radial wellenförmig ausgebildet, wie in Fig. 5 dargestellt, so daß keine "kontinuierliche Umfangslinie eines Kontaktes zwischen den Gegenflächen während der Rotation gegeben ist. Dadurch werden alle Bereiche der rotierenden Dichtungsflächen kontinuierlich gekühlt, indem sie-über ständig frisch benetzte Bereiche der stationären Oberfläche laufen.

Für den Fall, daß die bevorzugten radial wellenföririigen Dichtungsflächen mit den vorbeschriebenen axialen Bohrungen 16/ wel-

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ehe zu den radialen Bohrungen 15 in derr rotierenden Körper 11 führen, versehen werden, werden diese vorzugsweise bis zum äußersten Radius an der Innenseite einer wellenförmigen Kante 24 gebohrt, wo feste Partikel sich andernfalls ansammeln würden. Vorzugsweise sollte die stationäre Oberfläche explosionsgeschrrdedet werden (shot peened) , wie in Fig. 6 dargestellt, oder kleine Taschen 25 sollten durch andere Elemente ausgeformt werden, so daß diese kleinen Flüssigkeitstaschen die Berührungsfläche erreichen. Jedes Ansteigen einer Temperatur bewirkt eine Ausdehnung der Flüssigkeit in diesen Taschen oder ihre Verdampfung, wobei die Oberflächen leicht voneinander abheben und die Eildung von Metallberührungen vermeiden. Vorzugsweise soll eine oder beide der Dichtungsflächen mit einem sehr harten Material mit hohem Schmelzpunkt beschichtet werden, wie zum Beispiel Wolframcarbid (tungsten carbid). Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Beispiele beschrieben wurde, wird hervorgehoben, daß die Erfindung auch in vielen anderen Formen ausgeführt werden kann.

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Claims (1)

1. Ansprüche:

   , Hydraulische Pumpe oder Motor mit einer in einer Gehäusekarsner rotierenden Zylinderbuchse, die mehrere kreisumfangsfönr.ic angeordnete Kolben enthält und eine Zylindersteuerfläche hat, die eine gleiche Anzahl von kreisunfangsförmig angeordneten Zylinderöffnungen aufweist, wobei die Zylindersteuerfläche an einer stationären Steuerfläche eines Steuerkopfes anliegt,
   der kreisunfangsförnig angeordnete Einlaß- und Auslaßöffnungen hat,

   dadurch gekennzeichnet,
   daß in der Buchse und dem Steuerkopf jeweils mindestens ein
   Durchlaß vorgesehen ist, jeder Durchlaß sich von der Kammer zu einem radialfertigen Bereich an der Innenseite der Zylindersteuerfläche erstreckt und dabei der Flüssigkeit ermöglicht, von der Kairsner zu und von dem besagten Bereich durch die Durchlässe zu fließen und daß der Durchlaß in der Zylinderbuchse mit dem
   der radialförir.igen innersten Kante der Zylindersteuerfläche
   dicht benachbarten Bereich Kommuniziert.

   2. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß in der Buchse mindestens teilweise in die Zylindersteuerfläche eindringt.

   3. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch
   gekennzeichnet, daß mehrere Durchlässe vorgesehen sind.

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   4. Hydraulische Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dei!· als Durchlässe in der Buchse radiale Bohrungen voraesehen sind, die sich in der Buchse z\\^Tischen den Zylinderauslässer. erstrecken und jede radiale Bohrung mit einer axialen Bohrung korpjnuni ziert, die in den Bereich mündet.

   5. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Bohrung mindestens teilweise in die Zylindersteuerfläche eindringt.

   6. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Durchlässe in dem Steuerkopf durch zwei einander kreuzende Bohrungen definiert ist, die sich jede

   7. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale innerste Kante der Zylindersteu erfläche, die an der festen Steueroberfläche lagernd anliegt, nicht kreisförmig ist und dabei wiederholt Teile der Steuerober flache abdeckt und nicht abdeckt.

   8. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale äußerste Kante der Zylindersteu erflache, welche sich an der stationären Steuerfläche lagernd abstützt, ebenfalls nicht kreisförmig ist und dabei wiederholt einen Teil der Steueroberfläche abdeckt und nicht abdeckt.

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   9. Hydraulische Pampe oder ^5otor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten ausreichend nicht kreisförmig sind, VB. in höchstens einer Umdrehung der Buchse den gesamten Lagerbereich der Steueroberfläche, die sich von den radialen innersten und äußersten Kanten der Steuerfläche in Bezug amf die radiale innerste und äißerste Erstreckung der ZylinderaiOE-lässe erstreckt, nicht zu bedecken.

   IQ. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 7, dadiarch gekennzeichnet, daß mehrere Durchlässe vorgesehen sind rand die Durchlässe in der Buchse mit dem Bereich kommunizieren, der den

   radialen äußersten Teilen der radialen innersten Kante der Zylindersteuerfläche dicht benachbart ist.

   11. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch 1O, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässe in der Buchse mindestens teilweise in die Zylindersteuerfläche eindringen.

   12. Hydraulische Pumpe oder Motor nach Anspruch IO oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale innerste Kante wellenförmig ausgebildet ist und mehrere gleichartig radial nach außen sich erstreckende Scheitel und radial nach innen erstreckende Täler aufweist, die sich kreisumfangsförir:ig entlang der Kante erstrecken und die Buchse mit einer gleichen Anzahl von Durchlässen versehen ist, die mit den Scheiteln korrespondieren und jeder Durchlaß mit dem Bereich komiraniziert, der seinem zugehörigen Scheitel dicht benachbart ist.

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