EP0602231A1 - Hydrostatische maschine mit axialem schubausgleich. - Google Patents

Hydrostatische maschine mit axialem schubausgleich.

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EP0602231A1
EP0602231A1 EP93915726A EP93915726A EP0602231A1 EP 0602231 A1 EP0602231 A1 EP 0602231A1 EP 93915726 A EP93915726 A EP 93915726A EP 93915726 A EP93915726 A EP 93915726A EP 0602231 A1 EP0602231 A1 EP 0602231A1
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hydrostatic machine
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shaft
bores
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JM Voith GmbH
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    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
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    • F04B1/1071—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders with rotary cylinder blocks
    • F04B1/1074—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement the cylinders being movable, e.g. rotary with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders with rotary cylinder blocks with two or more serially arranged radial piston-cylinder units
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B11/00—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation
    • F04B11/005—Equalisation of pulses, e.g. by use of air vessels; Counteracting cavitation using two or more pumping pistons

Definitions

  • the present invention relates to a hydrostatic machine (radial piston machine) according to the preamble of claim 1.
  • Such a single-flow so-called side-loaded hydrostatic machine is known from DE-OS 39 05 936. Measures and means are provided to absorb or compensate for the axial thrust forces acting on the cylinder star (rotor) via the (drive) shaft. However, it has been shown that the axial forces are unfavorably large and that the shaft is also subjected to a bending moment resulting from the radial forces on one side, i.e. is burdened. Another problem is that for pumps with a large delivery volume, the radial dimensions of the hydrostatic machine are relatively large.
  • the object underlying the present invention is to provide a hydrostatic machine of the generic type, in which the axial (SChub) force e with the same delivery volume and with the same flow conditions are only half as large as in the known hydrostatic machine and at which has no, or at most only a minimal, bending moment on the shaft.
  • Claim 1 specified hydrostatic machine are the subject of the dependent claims.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through the hydrostatic
  • Fig. 2 shows a cross section through the hydrostatic
  • Fig. 3 shows a cross section through the hydrostatic
  • the radial piston machine representing the hydrostatic machine has a housing 1 with a cylindrical interior 2.
  • the interior 2 is closed from both sides via a housing cover 3, 4 and is separated into two equal-sized sub-spaces 6, 7 by an annular intermediate floor 5 arranged axially centrally to the cylindrical interior 2.
  • a cam ring 8, 9 is supported, both of which are connected to one another via at least one connecting shaft 10 and via bolts 11 and the
  • Housing covers 3.4 are fixed opposite. On the inside 12.13 of the lifting rings 8.9 slide in itself
  • each one of the rotors 18, 19 forming the cylindrical star which in turn are coupled in a rotationally fixed and axially fixed manner to a shaft 20 driven via a drive connector 20 '.
  • Rotor 18/19 starts, but from two, which act synchronously with each other as a delivery or pumping unit (which ultimately doubles with radially identical dimensions
  • the two rotors 18, 19 are in terms of their
  • the function as a pump element is coupled or functionally connected to one another in a coordinated manner as follows:
  • axial lateral control gussets 21, 22 are provided facing one another, via which the bores 16, 17 to the intermediate floor 5 are open.
  • These control slots 21, 22 in turn correspond to control discs (axial slices) 25,26 incorporated kidney-shaped (see Fig. 3) channels 23,24.
  • the control disks 25, 26 are inserted in corresponding recesses on both sides of the intermediate floor 5.
  • connecting channels 27, 28 are machined transversely throughout, so that both
  • Rotors 18, 19 are connected to one another via their displacement elements - and can work together as a pump or hydrostatic machine; This creates a double-flow hydrostatic machine or radial piston machine, the connecting channels 27, 28 forming the inlet and outlet channels and accordingly being open to the outside.
  • the rotors 18, 19 are fixed on the shaft 20 in a rotationally fixed and axially fixed manner.
  • one rotor (19) can be formed in one piece with the shaft 20, while the second rotor (18) is fixed via a clamping nut 37.
  • the axial fixation of the two rotors 18, 19 on the shaft 20 ensures, on the one hand, that the axial forces do not have to be supported on the housing covers 3, 4, and, on the other hand, that the axial forces with the spacing of the kidney-shaped channels 23, 24 from The central axis of the shaft 20 results in a resulting torque which is approximately the same size as the bending moment which the pistons 15 generate due to the pressure medium and their distance from the bearing pins 35, 36 of the shaft 20.
  • the gap required for safe running of the rotors 18, 19 relative to the control disks (axial disks) 25, 26 should be due to the resulting tightness can be kept as low as possible.

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Description

Hydrostatische Maschine mit axialem Schubausgleich
B E S C H R E I B U N G
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine (RadialkoIbenmaschine) nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige einflutige sogenannte seitenbeaufschlagte hydrostatische Maschine ist aus der DE-OS 39 05 936 bekannt. Dabei sind Maßnahmen und Mittel vorgesehen, um die auf den Zylinderstern (Rotor) einwirkenden axialen Schubkräfte über die (Antriebs-) Welle aufzunehmen bzw. zu kompensieren. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die axialen Kräfte dabei ungünstig groß sind, und daß darüberhinaus die Welle einseitig mit einem von den radialen Kräften herrührenden Biegemoment beaufschlagt, d.h. belastet ist. Ein weiterer Problempunkt besteht darin, daß für Pumpen mit großem Fördervolumen die radialen Abmessungen der hydrostatischen Maschine relativ groß sind.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine hydrostatische Maschine der gattungegemäßen Art anzugeben, bei der die axialen (SChub-) Kraft e bei gleichem Fördervolumen und bei gleichen St römungs Verhältnissen nur halb so groß sind wie bei der bekannten hydrostatischen Maschine und bei der auf die Welle kein, allenfalls ein nur minimales Biegemoment einwirkt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die besonderen Vorteile dieser Konfiguration bzw. Konstruktion liegen darin, daß die radialen Abmessungen relativ gering sind, und daß eine Konterscheibe zur Abstützung der axialen Schubkräfte entfallen kann. Insgesamt ergibt sich damit eine hydrostatische Maschine, die sich im Hinblick auf ihre Drehzahl und ihren Wirkungsgrad, sowie ihre Stabilität und ihre Geräuschentwicklung vom Stand der Technik positiv unterscheidet.
Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der im
Patentanspruch 1 spezifizierten hydrostatischen Maschine sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Einzelheiten der erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die hydrostatische
Maschine;
Fig. 2 einen Querschnitt durch die hydrostatische
Maschine gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie II-II;
Fig. 3 einen Querschnitt durch die hydrostatische
Maschine gemäß Fig. 1 längs der Schnittlinie III-III.
Die die hydrostatische Maschine repräsentierende RadialkoIbenmaschine weist ein Gehäuse 1 mit einem zylindrischen Innenraum 2 auf. Der Innenraum 2 ist von beiden Seiten her über je einen Gehäusedeckel 3,4 abgeschlossen und durch einen axial mittig zum zylindrischen Innenraum 2 angeordneten kreisringförmigen Zwischenboden 5 in zwei gleich große Teil-Räume 6, 7 separiert. In den beiden Teil-Räumen 6,7 ist je ein Hubring 8,9 gelagert, die beide über mindestens eine Verbindungswelle 10 und über Bolzen 11 miteinander und den
Gehäusedeckeln 3,4 gegenüber fixiert sind. An der Innenseite 12,13 der Hubringe 8,9 gleiten in an sich
bekannter Weise die der Funktion bzw. Verwendung als
hydrostatische Maschine bzw. als RadialkoIbenmaschine dienenden Verdrängerelemente, die aus der funktionalen
Verbindung eines Gleitschuhs oder Gleitsteins 14 und eines gelenkig damit verbundenen (Verdränger-) Kolbens 15 bestehen. Diese Kolben 15 sind in radialen Bohrungen
16,17 je eines der den Zylinderstern bildenden Rotoren 18,19 angeordnet, die ihrerseits verdrehfest und axial fixiert mit einer über einen Antriebsstutzen 20' angetriebenen Welle 20 gekoppelt sind.
Die im vorstehenden beschriebene Konfiguration entspricht - abgesehen davon, daß über den Förderstrom bzw.
die Pumpfunktion noch nichts ausgesagt wurde - dem Stand der Technik insoweit, als die Rotoren 18,19 an sich bekannt sind. Die besondere Konstruktion besteht jedoch darin, daß die hydrostatische Maschine nicht von einem
Rotor 18/19 ausgeht, sondern von zweien, die synchron miteinander als Förder- bzw. Pumpeinheit wirken (wodurch letztlich bei radial gleichen Abmessungen die doppelte
Förderleistung erreichbar ist).
Die beiden Rotoren 18,19 sind im Hinblick auf ihre
Funktion als Pumpelement wie folgt in aufeinander abgestimmter Weise miteinander gekoppelt bzw. funktionell verbunden: In den radialen Bohrungen 16,17 der Rotoren 18,19 sind einander zugewandt axiale seitliche Steuersehlitze 21,22 vorgesehen, über die die Bohrungen 16,17 zum Zwischenboden 5 hin offen sind. Diese Steuerschlitze 21,22 korrespondieren ihrerseits mit in Steuerscheiben (Axial- scheiben) 25,26 eingearbeiteten nierenförmigen (vgl. Fig.3) Kanälen 23,24. Die Steuerscheiben 25,26 sind in entsprechenden Ausnehmungen auf beiden Seiten des Zwischenbodens 5 eingelegt. Im Zwischenboden 5 selbst sind korrespondierend zu den genannten Steuerschlitzen 21,22 und den nierenförmigen Kanälen 23,24 quer durchgehend Verbindungskanäle 27,28 eingearbeitet, so daß beide
Rotoren 18,19 über ihre Verdrängerelemente miteinander verbunden sind - und gemeinsam als Pumpe bzw. hydrostatische Maschine zu arbeiten vermögen; es entsteht so eine zweiflutige hydrostatische Maschine bzw. Radialkolbenmaschine, wobei die Verbindungskanäle 27,28 den Ein- bzw. Auslaßkanal biLden und dementsprechend nach außen hin offen sind.
Der durch die (seitliche) Druckbeaufschlagung der Kolben 15 und der Steuerschlitze 21,22 entstehende axiale Schub wird aufgrund der gleich groß ausgebildeten axialen Kanäle 23,24 in den Steuerseheiben 25,26 und der diese Kanäle 23,24 in den Spalten zwischen den Rotoren 18,19 und den Steuerscheiben 25,26 umgebenden Druckfelder 29,30 somit durch eine entgegengesetzt gerichtete Wirkung der hydrostatischen Kräfte ausgeglichen. Der Kraftschluß zwischen den Rotoren 18,19 über die Welle 20 vermeidet so jegliche axiale Kraftbeaufschlagung des Gehäuses 1. Bei entsprechend der Zeichnung geeigneter Lagerung bzw. AbStützung der Welle 20 relativ zum Gehäuse 1 und zu den Gehäusedeckeln 3,4 (vgl. die Lagerzapfen 35,36 in den Gehäusedeckeln 3,4) läßt sich da rüberhi naus ein Biegemomentenausgleich ganz oder annähernd ganz realisieren. Die axiale Kraftführung und die zweiflutige Kolbenanordnung ergibt - im Vergleich zur einflutigen Kolbenmaschine - ferner eine Geräusch- und Bauraumreduzierung. Bezüglich der konstruktiven Gesamtkonfiguration ist noch anzumerken, daß - vgl. Fig. 3 - die beiden Hubringe 8,9 gemeinsam über eine aus einem Verstellkolben 31 und einem Gegenkolben 32 bestehende Verstelleinrichtung positioniert werden. Diese Verstelleinrichtung ist am
Zwischenboden 5 montiert bzw. angebaut und wirksam.
Im Zwischenboden 5 sind darüberhinaus - wie erwähnt - die Verbindungskanäle 27,28 , d.h. der einlaßseitige
Niederdruckkanal und der aus laßseitige Hochdruck kanal eingearbeitet.
Die Rotoren 18,19 sind - wie bereits erwähnt - verdreh fest und axial fixiert auf der Welle 20 befestigt. Dabei kann - wie dargestellt - der eine Rotor (19) einstückig mit der Welle 20 ausgebildet sein, während der zweite Rotor (18) über eine Spannmutter 37 fixiert wird. In besonderer Ausgestaltung ist es auch möglich, die beiden Rotoren 18,19 relativ zueinander um eine halbe Teilung der radial angeordneten Verdrängerelemente versetzt zu fixieren.
Zusammenfassend soll nochmals folgendes angemerkt werden:
Durch die axiale Fixierung der beiden Rotoren 18,19 auf der Welle 20 wird einerseits erreicht, daß die axialen Kräfte nicht an den Gehäusedeckeln 3,4 abestützt werden müssen, und daß andererseits durch die axialen Kräfte mit dem Abstand der nierenförmigen Kanäle 23,24 von der Mittelachse der Welle 20 ein resultierendes Drehmoment entsteht, das dem Biegemoment, welches die Kolben 15 aufgrund der Druckmittelbeaufschlagung und ihres Abstands zu den Lagerzapfen 35,36 der WElle 20 erzeugen, in etwa gleicher Größe entgegengesetzt ist. Der für einen sicheren Lauf der Rotoren 18,19 notwendige Spalt relativ zu den Steuerseheiben (Axialseheiben) 25,26 soll wegen der davon abhängenden Dichtigkeit möglichst gering gehalten werden. Dies wird schließlich dadurch erreicht, daß in den Steuerscheiben 25,26 auf den dem Zwischenboden 5 zugewandten Seiten elastische Dichtungen 38,39, z.B. O-Ringe, eingelegt werden, welche durch die Begrenzung der Druckfelder 29,30 gegen den jeweils anliegenden Rotor 18,19 eine Kraft erzeugen, die durch Auslegung geringfügig größer bestimmt wird, als die vom über der metallischen Dichtung auf der Rotorseite der Steuerscheiben 25,26 verteilten Druckfeld erzeugte. Dadurch wird der Spalt zwischen den Rotoren 18,19 und den STeuerseheiben 25,26 sehr klein gehalten.

Claims

Hydrostatische Maschine mit axialem Schubausgleich
P A T E N T A N S P R Ü C H E
Hydrostatische Maschine (RadialkoIbenmaschine), mit einem auf einer Welle (20) drehfest und
axial fixiert angeordneten Zylinderstern,
der eine Mehrzahl von radial verlaufenden
Bohrungen (16,17) mit an der Innenseite eines
Hubrings (8,9) gleitenden Verdrängerelementen
(Kolben 15 und Gleitstein 14) aufweist,
wobei die Bohrungen (16,17) zur Steuerung der
Fördermenge des Druckmediums über Steuerschlitze
(21,22) mit seitlich am Zylinderstern mündenden
Förderkanälen (Hoch-/Niederdruck) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinderstern aus zwei im Abstand zueinander unmittelbar auf der Welle (20) montierten Rotoren (18, 19) besteht, deren Bohrungen (16, 17) miteinander kommunizierende, insbesondere einander gegenüberliegende Steuerschlitze (21,22) aufweisen, und
daß zwischen den beiden Rotoren (18,19) ein Gehäuse-Zwischenboden (5) vorgesehen ist, der den
Rotoren (18,19) gegenüberliegend Steuerscheiben
(Axialscheiben 25,26) mit mit den Steuerschlitzen (21,22) korrespondierenden Kanä len (23,24) und als Förderkanäle (27,28) dienende Verbindungskanäle für die jeweils zueinander konjugierten Kanäle
(23,24) aufweist. Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rotoren (18,19) bezüglich ihrer
Verdrängerelemente insbesondere um eine
halbe radiale Teilung gegeneinander versetzt sind.
Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß ein er der Rotoren (18 bzw. 19) einstückig mit der Welle (20) ausgebildet ist und
daß der zweite Rotor (19 bzw. 18) seiner
Winkellage entsprechend auf der Welle (20) fixiert ist.
Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hubringe (8,9) der beiden Rotoren (18,19) über die Gehäusedeckel (3,4) relativ zueinander fixiert sind.
Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Hubringe (8,9) eine am Zwischenboden (5) wirksame gemeinsame Verstelleinrichtung
aufweisen.
Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerscheiben (AxialScheiben 25,26) auf der dem Zwischenboden (5) zugewandten Seite den
Kanälen (23,24) benachbart elastische Dichtungen, insbesondere O-Ringe, aufweisen.
EP93915726A 1992-07-02 1993-06-29 Hydrostatische maschine mit axialem schubausgleich Expired - Lifetime EP0602231B1 (de)

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DE4221705A DE4221705A1 (de) 1992-07-02 1992-07-02 Hydrostatische Maschine mit axialem Schubausgleich
DE4221705 1992-07-02
PCT/EP1993/001656 WO1994001676A1 (de) 1992-07-02 1993-06-29 Hydrostatische maschine mit axialem schubausgleich

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0602231A1 true EP0602231A1 (de) 1994-06-22
EP0602231B1 EP0602231B1 (de) 1996-08-28

Family

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US (1) US5452646A (de)
EP (1) EP0602231B1 (de)
JP (1) JPH06511533A (de)
AT (1) ATE142000T1 (de)
DE (2) DE4221705A1 (de)
WO (1) WO1994001676A1 (de)

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