DE1041798B - Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor - Google Patents

Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor

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DE1041798B
DE1041798B DED25563A DED0025563A DE1041798B DE 1041798 B DE1041798 B DE 1041798B DE D25563 A DED25563 A DE D25563A DE D0025563 A DED0025563 A DE D0025563A DE 1041798 B DE1041798 B DE 1041798B
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DE
Germany
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cylinder
pump
seal
valve plate
compensating cylinder
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Pending
Application number
DED25563A
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English (en)
Inventor
Oswald Thoma
Eric Hider Bowers
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Dowty Hydraulic Units Ltd
Original Assignee
Dowty Hydraulic Units Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/10Valves; Arrangement of valves
    • F04B53/1037Flap valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0032Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
    • F01B3/0041Arrangements for pressing the cylinder barrel against the valve plate, e.g. fluid pressure

Description

  • Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor Die Erfindung betrifft eine hydraulische Pumpe oder einen hydraulischen Motor, bei denen ein umlaufender Zylinderblock mit in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Versohiebungszyli.ndern parallel oder annähernd parallel zu der Achse der Drehbewegung gegen eine Ventilplatte anläuft. Ein zentral angeordneter Ausgleichszylinder mit zwischen dem Zylinderblock und der Ventilplatte angeordnetem Kolben od. dgl. dient dazu, den Block in Kontakt mit der Ventilplatte zu pressen, um der hydraulischen Abhebekraft zwischen der Ventilplatte und dem Block entgegenzuwirken. Bei dieser Art von Pumpen oder Motoren wird der Ausgleichskolben im allgemeinen mit Druckflüssigkeit aus der Drucköffnung in der Ventilplatte gespeist, und eine notwendige Bedingung für die Erzielung eines hohen Wirkungsgrades besteht darin, den Sickerverlust hinter dem Ausgleichskolben auf einen Mindestwert herabzudrücken.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausgleichskolben in seinem Zylinder bei Arbeitsdruck praktisch flüssigkeitsdicht zu machen und doch gleichzeitig die relative Drehbewegung zu ermöglichen. Ein besonderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Abdichtung zu erzielen, die außergewöhnlich betriebssicher ist und sich. selbsttätig nachreguliert, um die Abnutzung auszugleichen, die praktisch während der gesamten Lebensdauer der Pumpe oder des Motors vor sich geht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Pumpe oder der Motor eine kreisringförmige Abdichtung aus Metall oder einem ähnlichen harten Material erhält, die in exakter, flüssigkeitsdichter Art in dem Zylinder angeordnet ist und unter dem hydraulischen Druck in dem Zylinder gegen einen Anschlag an der Ventilplatte gedrückt wird, wobei der Verschluß flüssigkeitsdicht auf einem kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Sitz auf den Anschlag wirkt und einen Teil dieses Anschlags frei läßt, der einen etwas kleineren Flächeninhalt hat als der Querschnitt des Ausgleichszylinders, der in dem Ausgleichszylinder unter Druck steht, derart, daß der hydraulische Druck nur in einem kleinen Bereich der Dichtung wirksam werden kann, wenn der Druck diese gegen den Anschlag drückt. Vorzugsweise ist der Teil der Dichtung, der mit dem Zylinder zusammenarbeitet, dünnwandig, damit der Druck in dem Zylinder diesen leicht nach außen drücken kann, um den abdichtenden Abschluß mit dem Zylinder besonders wirksam zu gestalten. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung ragt die Dichtung von dem Zylinder in eine Verlängerung hinaus, so daß der kreisförmige Sitz sich über einen Durchmesser erstreckt, der etwas breiter ist als der Durchmesser des Zylinders, und zwar in einem solchen Ausmaß, daß sieh die von dem Druck der Sickerflüssigkeit unter der Dichtungsfläche erzeugte Kraft nur verringert, aber nicht den hydraulischen Druck übersteigt, der dazu dient, die Dichtung mit dem Anschlag in Berührung zu halten. Ein sehr kleiner Betrag von Undicntigkeit hinter der Dichtungsfläche isst sogar erwünscht, um den Umfang der Abnutzung an der Dichtungsfläche zu verringern. Durch Ausprobieren des Anschlagbereichs zwischen Dichtung und Dichtungsfläche ist es möglich, den Sickerverlust auf einen sehr kleinen Betrag zu verringern und doch noch einen schmierenden Flüssigkeitsfilm zwischen Dichtung und Anschlag übrig zu behalten. Es empfiehlt sich ferner, die in den Ausgleichszylinder gelangende Druckflüssigkeit grundsätzlich und quantitativ zu filtern, damit von der Flüssigkeit keine Schleifmittelpartikelchen bis zu der Dichtung befördert werden.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im folgenden eine Ausführungsform der hydraulischen Vorrichtung nach der Erfindung an dem Beispiel einer Kolbenpumpe mit veränderbarem Hub unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden. In der Zeichnung bedeutet Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Pumpe, Fig. 2 eine Einzelheit der Fig. 1 mit einem Filter in vergrößertem 1daßstab, Fig. 3 eine Endansicht des Filters, Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Ausgleichszylinders nach Fig. 1 und Fig. 5 eine weitere vergrößerte Darstellung des Dichtungsrings in dem Ausgleichszylinder nach Fig. 4.
  • Die Pumpe besitzt als Grundbauelement einen umlaufenden Zylinderblock 1 mit einer Mehrzahl von @rerdrängungszy lindern 2, die parallel zu der Drehachse des Blocks liegen und regelmäßig verteilt um die Achse herum angeordnet sind. In jedem Zylinder ist ein Kolben 3 angeordnet, aus dem eine Verbindungsstange 4 herausragt, die mit Hilfe eines Kugelgelenks 5 mit dem Kolben verbunden ist. Die äußeren Enden der Verbindungsstangen 4 sind in regelmäßigen Abständen mit Hilfe von Kugelgelenken 6 am Umfang einer umlaufenden Druckplatte 7 angeordnet. Die Druckplatte ist radial durch Walzenlager 8 und 9 gehalten, während der Axialdruck von einem Drucklager 11 aufgenommen wird. Eine Antriebswelle 12, die mit der Druckplatte aus einem Stück bestehen kann, ragt aus der Pumpe heraus. Die Druckplatte wird durch ihre Lager in einem feststehenden Gehäuse 13 gehalten, das seinerseits in einem Pumpengehäuse 14 untergebracht ist. Das Gehäuse 13 ragt in das Gehäuse 14 hinein und läuft in ein Scheibenpaar 15 und 16 aus, das in einer quer zu der Achse der Welle 12 verlaufenden Achse liegt. Ein Paar Hohlarme 17 und 18 sind mittels Walzenlagern 19 und 21 an den Scheiben 15 bzw. 16 befestigt. Die Hohlarme sind außerdem noch an einer Ventilplatte befestigt, wobei die Kanäle in den Armen in die Durchlässe 23 und 24 in der Ventilplatte einmünden. In der Nähe der Scheiben 15 und 16 ragen die Hohlarme nach außen in Lager 25 und 26 in dem Gehäuse 14. Die Achsen der Lager 25 und 26 und der Scheiben 15 und 16 fallen zusammen, so daß die Hohlarme, die Ventilplatte und der umlaufende Block Winkelbewegungen um diese Achse ausführen können, um den Hub der Kolben 3 in den Zylindern 2 während der Drehbewegung der Welle 12, der Druckplatte 7 und des Zylinderblocks 1 ändern zu können. Diese Achse wird im folgenden als Gelenkachse bezeichnet. Ein Universalgelenk für konstante Geschwindigkeit verbindet die Druckplatte mit dem Zylinderblock, um deren gemeinsame Drehbewegung zu garantieren. Der geometrische Mittelpunkt des Universalgelenks liegt auf der Gelenkachse, während der Kreis, auf dem die Mittelpunkte der Kugelgelenke 6 in der Druckplatte liegen, so angeordnet ist, daß die Gelenkachse durch einen Durchmesser hindurchgeht. In den Lagern 25 und 26 liegt die Verbindung von den Hohlarmen zu den Außenrohren 28 und 29, durch welche die Flüssigkeit in die Pumpe hinein und aus dieser heraus gelangen kann. Die Strömungsrichtung hängt dabei von der Winkelverschiebung des Zylinderblocks, der Ventilplatte und der Hohlarme um die Gelenkachse ab. Zur Änderung der Verdrängung ist ein Stift 31 an dm Hohlarm 17 befestigt und mit einer nicht dargestellten Schraubvorrichtung mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch kann die Winkelstellung des Zylinderblocks, der Ventilplatte und der Hohlarme relativ zu der Gelenkachse justiert werden.
  • Diejenige Fläche des Zylinderblocks, die mit der Ventilplatte 22 in Berührung steht, beisitzt eine Anzahl von Schlitzen 32, von denen jeweils einer aus einem Zylinder 2 herausführt. Diese Schlitze sind radial nach innen auf die Zylinder 2 zu gerichtet, damit der Gesamtbereich der Durchlässe 23 und 24 in der Ventilplatte auf den kleinstmöglichen Abmessungen gehalten werden kann und doch noch genügend Raum für den Flüssigkeitsdurchlaß bleibt, der die Strömung nicht in unzulässiger Weise beschränkt. Während diese Anordnungen den wirksamen Bereich der Durchlässe 23 und 24 materiell verringert, kann sie doch die Fläche der Durchlässe 23 und 24 nicht verringern, so daß sie weniger Raum in Anspruch nehmen als die Gesamtfläche der Zylinder, die in jedem einzelnen Zeitpunkt mit diesen mit dem Ergebnis in Verbindung stehen, daß während des Betriebs der Pumpe immer eine überwiegende hydraulische Kraft vorhanden ist, die den Zylinderblock von der Ventilplatte abzuheben sucht. Diese Kraft ist natürlich am Auslaßkanal, der beispielsweise der eine oder der andere der Durchlässe 23 und 24 sein kann, am größten, unabhängig von der Richtung der Winkelverschiebung um die Gelenkachse. Um den Zylinderblock unter allen Umständen mit der Ventilplatte in Kontakt zu halten, befindet sich in dem Zylinderblock 2 ein zentral angeordneter Ausgleichszylinder 33, in welchem sich eine Stange 34 befindet, die in der Ventilplatte 22 fest angeordnet ist. Diese Stange 34 geht durch den Ausgleichszylinder hindurch und endet in einem Kopf 35. Der Kopf 35 befindet sich seinerseits außerhalb des Zylinders 33 in einem Fortsatz 36 des Zylinders. Eine kreisringförmige Dichtung 37 (s. Fig. 4) ist am Ende des Zylinders 33 angeordnet und drückt gegen die ebene Innenfläche des Kopfes 35. Die Dichtung 37 enthält einen dünnwandigen zylindrischen Wandteil 39, der einen strammen Sitz in dem Zylinder 33 bewirkt. Der Wandteil 39 besteht mit einem Verstärkungsring 41 aus einem Stück, der an seiner äußersten Kante eine kreisringförmige Dichtungsfläche 42 besitzt, welche die Fläche 38 berührt. Die innere Kante der Dichtungsfläche 42 hat einen etwas kleineren Durchmesser als der Zylinder 33, während die äußere Kante der Fläche 42 in die Ausnehmung der Verlängerung 36 des Zylinders hineinragt und einen etwas größeren Durchmesser als der Zylinder 33 hat, um eben diese Fläche 42 zu bilden. Der Verstärkungsring 41 ist bei 43 an der Stelle hinterdreht, an der er der Fläche 38 gegenübersteht. Die gestrichelten Linien in Fig.4, die von dem Zylinder 33 und von dem inneren Durchmesser der Dichtungsfläche 42 ausgehen, veranschaulichen den geringen Unterschied der beiden Durchmesser.
  • Die Stange 34 ist in eine Bohrung 44 in der Ventilplatte 22 genau eingepaßt und wird mit Hilfe einer Überwurfmutter 45 in Schraubverbindung mit dem äußeren Ende gehalten. Im Innern des Zylinders 33 ist auf der Stange 34 eine Schulter 46 vorgesehen, an welcher der Laufring eines Druckkugellagers anliegt. Eine Feder 48 ist zwischen dem inneren Ende des Zylinders 33 und dem Laufring des Druckkugellagers wirksam: sie dient dazu, die Stange 34 so zu beeinflussen, daß die Mutter 45 auf die Rückseite der Ventilplatte 22 drückt. Eine Dichtung 49 zwischen der Mutter 45 und der Ventilplatte 22 dient dazu, ein Durchsickern von Druckflüssigkeit zu verhindern. Zwei Durchlässe 51 und 52 führen jeweils von den Durchlässen 23 bzw. 24 zu dem von der Dichtung 49 umschlossenen Raum. Ein Schlitz 53 in dem Schraubengewinde der Mutter 45 leitet Druckflüssigkeit zu dem Ende der Stange 34, so daß sie in eine axiale Bohrung 54 gelangen kann, die sich im Innern der Stange befindet und in dem Zylinder 33 endet. In dem Raum zwischen der Kappe der Überwurfmutter 45 und dem Ende der Stange 34 ist eine magnetische Filtereinrichtung 55 untergebracht. Diese besteht aus einer Messingscheibe 56, in deren Mitte ein Stabmagnet 57 befestigt ist; außerdem sind Löcher 58 vorhanden, so daß die Flüssigkeit, die in die Bohrung 54 fließt, über den Magneten 57 strömen muß. Auf diese Weise werden alle eisenhaltigen Partikelchen in der Flüssigkeit zurückgehalten. Die Durchlässe 51 und 52 sind mit Rückschlagventilen versehen, damit in die Bohrung 54 von den Durchlässen 23 oder 24 her nur solche Flüssigkeit gelangen kann, die unter dem höheren Druck steht.
  • Ist die Pumpe in Betrieb und haben sich Zylinderblock und Ventilplatte winkelmäßig um die Gelenkachse verschoben, dann wird Druckflüssigkeit nach einem der Durchlässe 23 oder 24 hin geliefert. Diese Druckflüssigkeit wird die Pumpe in der Hauptmenge in der beabsichtigten Weise durch die Kanäle 28 oder 29 verlassen, aber eine sehr kleine Menge wird durch die Bohrung 54 in den Zylinder 33 gelangen. Der Druck dieser Flüssigkeit wirkt so auf die Dichtung 37, daß er diese infolge der kleinen Differenz der Querschnitte zwischen dem Wandteil 39 und dem inneren Durchmesser der Fläche 42 gegen die Fläche 38 drückt. Obwohl die Pumpe an sich bei extrem hohen Drücken arbeitet, sieht man doch ohne weiteres, daß die Kraft, die auf die Fläche 42 ausgeübt werden kann, sehr klein ist, aber gleichzeitig in einem ganz bestimmten Verhältnis zu dem Betriebsdruck der Pumpe oder des Motors steht. Die Verlängerung 36 des Zylinders steht infolge der kleinen Toleranz zwischen dem Ende 35 der Stange 32 und der Verlängerung 36 in Verbindung mit dem niedrigen Druck, und die Fläche 42 des Sitzes dient infolgedessen als Abschluß zwischen Flüssigkeiten hohen und niedrigen Drucks. Eine verschwindend kleine Undichtigkeit ist durchaus erwünscht, damit die Fläche 42 nicht unmittelbar an der Fläche 38 anliegt, und die Abmessungen des Wandteils 39 und der Fläche 42 sind so aufeinander abgestimmt, daß ein sehr kleiner hydraulischer Druck die Fläche 42 gegen die Fläche 38 drückt. Die Tatsache, daß Flüssigkeit an der Fläche 42 durchsickert, bedeutet nichts anderes, als daß ein Druckgradient besteht und daß auf die Fläche 42 eine hydraulische Kraft ausgeübt wird, die einkalkuliert ist und so bemessen sein muß, daß die Größe der Kraft, welche die Fläche 42 anpreßt, niemals überschritten wird, sondern immer eine kleine Kraft bleibt, welche die Abdichtung des Sitzes 42 mit der Fläche 38 aufrechterhält. Der Druck, der gegen den Wandteil 39 preßt, drückt diesen leicht in flüssigkeitsdichte Verbindung mit dem Zylinder 33 nach außen und verursacht gleichzeitig eine gewisse Reibung. Auf diese Weise läuft die Dichtung mit dem Block 1 um, während die Fläche 42 an der Fläche 38 anläuft.
  • Auf den Zylinderblock wird also bei laufender Pumpe am Ende des Zylinders 33 immer eine hydraulische Kraft ausgeübt, die in dem Sinne wirkt, daß der Zylinderblock in dichter Berührung mit der Ventilplatte 22 bleibt, wobei eine sehr kleine Kraft überwiegt, die dafür sorgt, daß der Zylinderblock trotz der hohen Betriebsdrücke der Pumpe nicht dazu neigen kann, sich von der Ventilplatte abzuheben. Der Zylinder 33 und die Dichtung 37, die grundsätzliche Hilfsmittel darstellen, um dieses Gleichgewicht zu erhalten, sind so angeordnet, wie dies oben beschrieben ist, so daß also nur ein sehr kleiner Sickerverlust besteht, der keine irgendwie meßbare Verringerung des Wirkungsgrades der Pumpe zur Folge hat. Der Dichtungsring 37 nimmt immer eine solche Lage ein, daß er einen praktisch flüssigkeitsdichten Abschluß bewirkt, unabhängig von irgendwelchen Abnutzungen, die zwischen den Flächen 42 und 38 eintreten können, so daß die Dichtung selbst also auch eine sehr lange Lebensdauer hat. Die Dichtung kann also tatsächlich so ausgeführt werden, daß sie ohne Ersatz und ohne Nachregulierung ebenso lange hält wie die Pumpe selbst.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor mit einem an eine Ventilplatte anlaufenden Zylinderblock mit in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Verdrängungszylindern, die parallel oder annähernd parallel zu der Drehachse angeordnet sind sowie mit einem zwischen Zylinderblock und Ventilplatte zentral angeordneten Ausgleichszylinder mit Kolben od. dgl., gekennzeichnet durch eine kreisringförmige Dichtung (37) aus Metall oder einem ähnlichen harten Material, die in dem Ausgleichszylinder (33) angeordnet ist und unter dem Einfluß des hydraulischen Drucks in den Arbeitszylindern (2) gegen einen Anschlag, z. B. Kopf (35), an der Ventilplatte (22) gedrückt wird, wobei die Dichtung flüssigkeitsdicht mit einem kreisförmigen oder annähernd kreisförmigen Sitz (42) auf den Anschlag (35) wirkt und einen Teil dieses Anschlags dem Flüssigkeitszutritt frei läßt, der einen etwas kleineren Flächeninhalt hat als der Ouerschnitt des Ausgleichszylinders.
  2. 2. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (39) der Dichtung (37), der mit dem Ausgleichszylinder (33) zusammenarbeitet, dünnwandig und zylindrisch ist, damit der Druck in den Arbeitszylindern (2) diesen Teil (39) leicht nach außen drücken kann, um den flüssigkeitsdichten Abschluß mit dem Ausgleichszylinder (33) besonders wirksam zu gestalten.
  3. 3. Pumpe oder Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung (37) aus dem Ausgleichszylinder (33) in eine Verlängerung (36) hinausragt, derart, daß der kreisförmige Sitz sich über einen Durchmesser erstreckt, der etwas breiter ist als der Durchmesser des Ausgleichszylinders (33).
  4. 4. Pumpe oder Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichszylinder.(33) in an sich bekannter Weise in dem Zylinderblock (1) axial angeordnet ist und daß eine an sich bekannte von der Ventilplatte (22) aus durch das eine Ende des Zylinderblocks (1) hindurchragende und mit einer als Anschlag dienenden Fläche (38) versehene Stange (34) hindurchragt, an deren Anschlagfläche (38) sich die kreisförmige Dichtung (37) anlegt.
  5. 5. Pumpe oder Motor nach Anspruch =1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (34) eine axiale Bohrung (54) besitzt, die in der Ventilplatte (22) beginnt, in dem Ausgleichszylinder (33) endet und über Rückschlagventile (51,52) mit den Durchlässen (23, 24) in der Ventilplatte (22) verbunden ist.
  6. 6. Pumpe oder Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bohrung (54) eine magnetische Filtereinrichtung (55) untergebracht ist, die einen in die Bohrung hineinragenden Stabmagneten (57) besitzt und so angeordnet ist, daß der gesamte Flüssigkeitsstrom, der durch die Bohrung fließt, in unmittelbarer Nähe des Stabmagneten varbeiströmt. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 273 790; USA.-Patentschrift Nr. 2 284 110.
DED25563A 1956-05-10 1957-05-09 Hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor Pending DE1041798B (de)

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GB1041798X 1956-05-10
GB14616/56A GB824945A (en) 1956-05-10 1956-05-10 Improvements in or relating to high pressure hydraulic pumps or motors

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