DE2815476A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

DR. BERG DIPL.ΊΝϋ. STAPF DIPL.-ING. SCHWABc DR. DH. SANDMAIR

PATENTANWÄLTE

Post lach 86 0245, 8000 München 86

Anwaltsakte; 28 865 io. April 197b

Fürstlich Hohenzollernsche Hüttenverwaltung Laucherthal

Laucherthal-Sigmaringen Axialkolbenmaschine

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f (089) 988272 „. . 'Mauerkircherstr 45 «XX) München 80 Banken.

988273 VX/Wl . Telegramme Bayerische Vereinsbank München 45.1 IMi

988274 BERGSTAPFPATfcNT München Hypo-Bank München .WOD02624 983310" . TELEX: 05245«) Bl-RCi J Posischeck München 6534.1-KOX

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Kolbenzylinder kann dabei in einer bestimmten Schräglage feststehen, oder, wie dies bevorzugt wird, zur Regelung des Hubvolumens in bezug auf die Schräglage einstellbar sein.

Derartige Maschinen sind als "Thoma"-Pumpen bekannt. Sie bauen kompakt und sind dank der vollständigen hydraulischen Kompensation der Axialkräfte im Triebwerk für sehr hohe Druckstöße geeignet.

Bei ihnen ist normalerweise am inneren Ende der Welle eine Verbreiterung angeordnet, in der auf einem Kreis Kugelpfannen untergebracht sind, in denen die Kugelenden von beweglichen Kolbenstangen gelagert sind, deren andere Enden in Axialkolben in der Zylindertrommel schwenkbar abgestützt sind. Die Zylindertrommel ist in einer Glocke um ihre stets die Wellenachse schneidende Achse drehbar gelagert. Zur Regelung des Hubvolumens ist die Glocke schwenkbar um eine Achse, die in der Ebene des Teilkreises der Kugelgelenke an der Triebwelle liegt. In dieser Ebene liegt auch der Schnittpunkt der Wellenachse und der Trommelachse. Mit zunehmendem Schwenkwinkel erhöht sich der Hub

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der Kolben in der Zylindertrommel. Er erreicht bei einem Winkel von ca. 27° einen Maximalwert.

Da die Kolbenstangen sowohl mit den Kolben als auch mit der Welle formschlüssig verbunden sind, ist nicht nur die Einwärtsbewegung der Kolben in die Zylindertrommel auf der Förderseite, sondern auch die Auswärtsbewegung auf der Saugseite zwangsläufig.

Bei diesen Axialkolbenmaschinen, insbesondere bei den Pumpen, hat sich bisher ausnahmslos die Wälzlagerung der Triebwelle durchgesetzt und gehalten.

Wegen des robusten und stoßartigen Betriebs derartiger Axialkolbenmaschinen bei gleichzeitiger Forderungnach einem Höchstmaß an Regelbarkeit über den Schwenkwinkel des Pumpenzylinders gegenüber der Triebwelle müssen die Tragfähigkeit, die Verschleißfestigkeit und die Genauigkeit der Wellenlagerung sehr hoch sein.

Trotz größter Anstrengungen, diese Forderungen zu erfüllen, ist bei solchen Wälzlagern die Lebensdauer gering, einmal infolge der Ermüdung der Wälzkörper, die sehr stark vom Druckniveau der Maschine und somit vom Drucklastkollektiv abhängt, zum anderen jedoch auch wegen des Verschleisses der Wälzlager. Eine der unangenehmsten Begleiterscheinungen

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dieser Wälzlagerung bei Axialkolbenmaschinen liegt in dem hohen Geräuschniveau, das als äusserst störend empfunden wird. Ferner erzeugen die Triebwellenlagerungen wegen des notwendigen Laufspiels beträchtliche Unruhe im Lauf solcher Wellen, die nicht selten eine Mittelpunktsverlagerung von mehreren Zehntel Millimeter erfahren. Starke Mittelpunktsverlagerungen der Triebwelle sind sehr unerwünscht, weil sie einmal zu starken dynamischen Belastungen und Schwingungen des Triebwerkes führen und zum andern zusätzliche Laufspiele im Hochdruckteil erfordern, damit dort kein Verschleiß auftritt.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, bei der sogenannten Thoma-Pumpe die Triebwerke hydrostatisch zu lagern, um auf diese Weise einen ruhigen Lauf der Welle bei hoher Tragfähigkeit zu erreichen.

Die Erfindung will bei einer Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine hydrostatische Lagerung für die Triebwelle schaffen, die bei allen Betriebszuständen eine einwandfreie hydrostatische Triebwellenlagerung gewährleistet.

Eines der größten Probleme hierbei ist die stark pulsierende Belastung der Triebwelle durch die unterschiedliche Anzahl der unter Last stehenden Kolben, die unbedingt eine stabile und stark gedämpfte Lagerung erfordert. Auch müssen die Leckströme, die, bedingt durch den erforderlichen

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hohen Speisedruck für das hydrostatische Lager, den Gesamtwirkungsgrad der Anlage reduzieren, niedrig gehalten werden. Es ist somit erforderlich, daß sowohl die radiale als auch axiale Lagerung mit einem äusserst dünnen Ölfilm arbeitet, was zu Genauigkeitsforderungen führt, die in einer rationellen Serienfertigung nicht erfüllt werden können.

Ferner können nicht unerhebliche Temperaturdifferenzen zwischen der Welle und dem Wellenlager auftreten, die wegen des geringen Lagerspiels zu einem Festfressen des Lagers führen.

Die Erfindung beseitigt die dargelegte Problematik durch die Ausbildung nach dem Kennzeichen des Anspruchs 1. Das konische hydrostatische Lager läßt sich durch Axialeinstellung der Welle auf einen sehr geringen Lagerspalt und damit geringen Leckstrom bringen.

Es versteht sich, daß die konische hydrostatische Lagerung so dimensioniert sein muß, daß im Betrieb der Maschine die von den Kolben auf die Welle ausgeübten Axial- und Radialkräfte unter wenigstens angenäherter Beibehaltung des Lagerspalts (meist 10 bis 40 my) aufgenommen werden.

Di· Erfindung ermöglicht einerseits, daß bei Leerlaufbetrieb der Mindestdruck das hydrostatische Lager für geringe Kräfte sowohl in radialer als auch in axialer Richtung voll

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betriebsfähig hält; arbeitet die Maschine jedoch unter hoher Leistung, das bedeutet mit hohem Druck, dann wird das hydrostatische Lager proportional diesem Hochdruck mit Drucköl versorgt und bekommt auf diese Weise sowohl in radialer Richtung, als auch, bedingt durch die axiale Projektionsfläche des Konuslagers, in axialer Richtung eine hohe axiale Tragfähigkeit. Die Tragfähigkeit des hydrostatischen Lagers ist also in beiden Richtungen (radial und axial) proportional den Kolbenkräften in radialer und axialer Richtung.

Von großem Einfluß ist bei derartigen Lagerungen mit hoher Drehzahl und hoher Umfangsgeschwindigkeit die Erwärmung. Da in der Praxis die ölspalte im Bereich zwischen 10 und 40 my liegen, wirken sich unterschiedliche Betriebstemperaturen der einzelnen Bauteile stark spaltverändernd aus. Bei axial starrer Lagerung des konischen Wellenbereichs könnten auftretende Temperaturdifferenzen zwischen Welle und Gehäuse das Radialspiel zu Null werden lassen; das Fressen der Welle wäre unvermeidlich. Bei dem erfindungsgemäßen konischen Lager hingegen ermöglicht bei ungleichen thermischen Maßveränderungen der beteiligten Bauteile die axiale Beweglichkeit der Welle eine Axialbewegung derart, daß der ölspalt stets nach der Maßgabe des erforderlichen öldurchflusses aufrechterhalten bleibt. Will sich im Bereich der konischen hydrostatischen Lagerung das Laufspiel

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verringern, so steigt der Taschendruck an und verschiebt die Welle in Richtung der Konuserweiterung, bis der Lagerspalt wieder groß genug ist. Dieser Anstieg ist dabei aber minimal, wenn, wie dies bevorzugt wird, die Reaktionskraft der Hilfslagerung wenigstens grob angenähert konstant gehalten wird.

Die Ausbildung nach Anspruch 2 gewährleistet in besonders einfacher Weise, daß die Welle unabhängig von den von den Kolben ausgeübten Kräften mit einer an diesen gemessen geringen Kraft in die konische Lagerung gedrückt wird.

Die Ausbildung nach Anspruch 3 ist konstruktiv vorteilhaft; die nach Anspruch 4 besonders einfach.

Bei der Ausbildung nach Anspruch 5 kann die bei Anlagen mit Maschinen nach der Erfindung normalerweise für die Steuerung vorhandene Hilfspumpe dafür hergezogen werden. Das gleiche gilt für die Ausbildung nach Anspruch 6. Die Ausbildung nach Anspruch 7 stellt eine hydraulisch sehr einfache und zweckmässige Lösung dar.

Bei den Hilfsdruck übersteigendem Arbeitsdruck der Axialkolbenmaschine bringen die Rückschlagventile automatisch die Taschen des konischen hydrostatischen Lagers mit dem Hochdruck in Verbindung bei gleichzeitigem Absperren gegenüber dem Hilfsdrucksystem. Dann versorgt das Hilfsdruck-

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system nur noch die hydraulische Druckkammer und bei der bevorzugten Ausbildung nach Anspruch 8 auch das hydrostatische Axiallager der Triebwelle. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Vorschaltdrosseln jeder einzelnen Lagertasche so ausgelegt, daß sie sowohl für die Funktion im Leerlauf unter Ölversorgung vom Hilfsdrucksystem her als auch im Hochdruckbetrieb unter Beaufschlagung durch den hohen Arbeitsdruck der Axialkolbenmaschine arbeiten können. Vorteilhaft ist die Vorschaltdrossel der konischen WeIlenlagerung so ausgelegt, daß der Taschendruck bei zentrischer Lage der Welle etwa gleich dem halben Zuführdruck entspricht. Die statische Auslegung durch die Flächen und die Hebelarme ist vorteilhaft so vorgesehen, daß bei diesem Taschendruck der volle Kräfteausgleich sowohl in radialer als auch in axialer Richtung sichergestellt ist.

Bei Leerlauf der Maschine wird das Axiallager auf der Antriebsseite in gleicher Weise vom Hilfsdrucksystem mit Öldruck versorgt wie die Taschen des konischen Wellenlagers. Dadurch ist in diesem Betriebszustand die Wellenlagerung mit stark verminderter Druckbeaufschlagung der hydrostatischen Lager entsprechend den geringen anfallenden Kräften sichergestellt. Diese Lagerung besitzt trotz äusserstgeringer Belastung auch in der zentrischen, unbelasteten Lage eine hohe Steifigkeit und ein gutes Dämpfungsvermögen, so daß die dynamischen Kräfte auch bei hoher Drehzahl hervorragend beherrscht werden können und somit ein ruhi-

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ger Lauf der Maschine gegeben ist.

Bei einem Arbeitsdruck, der den Hilfsdruck übersteigt, wird automatisch das Konuslager mit seinen vorzugsweise acht Lagertaschen proportional dem Hochdruck mit Drucköl versorgt und die ölzufuhr von der Hilfspumpe abgeschaltet. Dank der Auslegung des hydrostatischen Lagers mit einem Taschendruck, der nur etwa der Hälfte des Hochdruckes entspricht, erhält diese Lagerung eine große Steifigkeit gegen exzentrische oder axiale Verlagerung der Welle. Wegen der Proportionalität des öldurchflusses durch die Lagertaschen mit der dritten Potenz des ölspaltes an den Abflußstegen des hydrostatischen Lagers ändert sich der Taschendruck äusserst empfindlich über jeder geringfügigen radialen oder axialen Verschiebung der Welle. Es stellt sich somit unabhängig von der Höhe des Hochdruckes und unabhängig von der Drehzahl ein exakter ölspalt im Konuslager ein, der lediglich über dem Schwenkwinkel, bedingt durch die Veränderung der Komponenten in axialer und radialer Richtung, eine entsprechende Änderung erfährt. Diese Änderung des Radialspaltes an dem hydrostatischen Lager ist bei abnehmendem Schwenkwinkel durchaus dahingehend erwünscht, daß wegen der abnehmenden Fördermenge der Axialkolbenmaschine der öldurchfluß durch das Konuslager verkleinert werden soll durch eine Verringerung des Laufspieles. Diese Verringerung des Lauf" Spieles tritt automatisch dadurch ein, daß die axiale Komponente der Kolben mit abnehmendem Schwenkwinkel zunimmt,

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so daß der Konus weiter in das Lager hineingedrückt wird.

Die Verringerung des Laufspieles durch diese Axialbewegung der Triebwelle im Lager erzeugt sofort eine Erhöhung der Lagertaschendrücke, wodurch wieder ein klar definierter Zuwachs der Axialkomponenten des Konuslagers entsteht, bis das Gleichgewicht der Axialkräfte wieder gegeben ist.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung als erläuterndes Beispiel beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Axialkolbenpumpe nach der Erfindung, wobei die Schnittebene in der Drehachse der Triebwelle und senkrecht zur Schwenkachse der den Kalbenzylinder aufnehmenden Glocke verläuft und die Ölversorgung der hydrostatischen Lager schematisch dargestellt ist;

Fig. 2 zeigt den linken oberen Teil von Fig. 1 in vergrössertem Maßstab.

Die gezeigte Thoma-Pumpe besitzt in üblicher Weise ein Gehäuse 1, das mit einem Deckel 2 verschlossen ist. Im Gehäuse ist die den Kolbenzylinder 4 aufnehmende Glocke 5 um die senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Achse 3 schwenkeinstellbar gelagert. Eine derartige Lagerung ist an sich bekannt und bei allen Thoma-Pumpen üblich. Sie wird daher hier

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nicht weiter beschrieben. Der Kolbenzylinder 4 ist um die durch den Schnittpunkt der Achse 6 der Triebwelle 7 mit der Achse 3 gehende in der Zeichenebene liegende Achse 8 in der Glocke mittels der Welle 9 drehbar gelagert. Die Flüssigkeitszu- und -abfuhr in die Zylinderbohrungen 11 des Kolbenzylinders erfolgt über Kanäle 12 in üblicher und daher nicht näher dargestellter Weise.

Die Welle 9 ist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit ihrem einen Ende im den Boden der Glocke 5 bildenden Steuerspiegel 13 und mit ihrem anderen kugelförmig ausgebildeten Ende in einer zum Schnittpunkt der Achsen 3 und 6 konzentrischen Kugelpfanne, wie aus der Zeichnung ersichtlich, gelagert. In der senkrecht zur Achse 6 verlaufenden, die Achse 3 enthaltenden Ebene befinden sich in dem stark verbreiterten, glockenseitigen Ende der Welle 7 mehrere, beispielsweise sechs, weitere Kugelpfannen gleichmässig auf einem Kreis um den Schnittpunkt der Achsen 6 und 3 verteilt. In diesen Kugelpfannen sind, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die Kugelköpfe der kolbenfernen Enden von Kolbenstangen 15 gelagert. Die kolbenseitigen Enden der Kolbenstangen 15 sind mit Kugelpfannenlagern in den hohlzylindrisch ausgebildeten Kolben 16 gelagert.

Soweit bisher in der Beispielsbeschreibung erläutert, ist die Maschine bekannt. Bei den bekannten Maschinen ist die Wellenlagerung im Gegensatz zur Erfindung jedoch eine Wälz-

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lagerung.

In die zur Achse 6 der Welle 7 konzentrische Bohrung 20 des Gehäuses ist ein hydrostatisches Lager 21 axial eingesetzt und gegen Ausgeschobenwerden aus dieser Bohrung mittels eines Sprengringes 22 gesichert, auf welchen sich der hydrostatische Lagerkörper 21 über eine Distanzring 23 und einen Lagerdeckel 24 abstützt.

Der Lagerkörper 21 besitzt eine konische Lagerbohrung, in welcher der Konus 26 der Welle 7 hydrostatisch gelagert ist. Zu diesem Zweck sind im Lagerkörper 21 ein zylinderseitiges hydrostatisches Lager mit vier gleichmässig auf den Umfang verteilte öltaschen 28 und axial im Abstand von diesem ein lagerdeckelseitiges hydrostatisches Lager mit vier gleichmässig über den Umfang verteilten hydrostatischen Lagertaschen 29 vorgesehen. Durch diese Ausbildung ist das Lager auch sehr steif gegen auf Biegen der Welle wirkende Kräfte.

Die beiden Gruppen von Lagertaschen 28 und 29 sind über Leitungen 30 und 31 an eine Umfangsnut 32 des Lagerkörpers 21 angeschlossen, welche durch O-Ringe 33, 34 für Hochdruck abgedichtet ist. Die Bohrungen 30 und 31 sind an ihrem getrennten Einlauf in die Umfangsnut 32 durch Nippel 35 verschlossen, an welche als Vorschaltdrossel für die hydrostatischen Lager wirkende Kapillarrohre 36 anschließen, die

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in der relativ groß gehaltenen Nut 32 sich um den Umfang des Lagerkörpers 21 erstrecken und so bei Normalbetrieb den über die Kapillarrohre 36 zugeführten Druck je nach Auslegung etwa auf die Hälfte reduzieren.

Das durch die Lagerspalte axial zu beiden Seiten der Gruppen von Lagertaschen 28 und 29 austretende Drucköl tritt aus der Lagertaschengruppe 28 nach rechts in das Innere des Gehäuses 1 aus und nach links in die Ringnut 37, welche an eine Ablaufbohrung 38 angeschlossen ist, die ebenfalls in das Innere des Gehäuses 1 führt. Aus der Lagertaschengruppe 29 tritt das öl nach rechts in Fig. 1 ebenfalls in die genannte Ringnut aus, während es nach links in die Ringnut 39 (Fig. 2) austritt, die über eine Bohrung 40 an die Bohrung 38 angeschlossen ist.

Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, wird die Zuführnut 32 für das Hochdrucköl über eine Leitung 42, die von dem Hochdruckteil der hier schematisch noch einmal angedeuteten eigentlichen Pumpe 4, 11 kommt, mit Hochdrucköl beaufschlagt. In der Leitung 42 liegt ein Rückschlagventil 43, welches dann, wenn der Druck in der Nut 32 höher ist als der im Hochdruckteil der Pumpe herrschende Druck, schließt und ein Rückströmen des Öls verhindert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die das Hochdrucköl in das hydrostatische Lager einspeisende Nut 32 ferner über

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eine Leitung 44, die zwischen dem Ventil 43 und der Nut 32 in die Leitung 42 mündet, an die für die Steuerung der Pumpe normalerweise vorgesehene Hilfspumpe 45 angeschlossen. Die Hilfspumpe 45 liefert normalerweise einen Druck in der Größenordnung von 10 % des maximalen Arbeitsdrucks der Thoma-Pumpe. In der Leitung 44 liegt ein Rückschlagventil 47, welches ein Rückströmen von Drucköl aus der Nut 32 durch die Leitung 44 verhindert, wenn der Druck in der Leitung 42 größer ist als der von der Pumpe 45 gelieferte normalerweise im wesentlichen konstante Druck.

Von der Leitung 44 zweigt zwischen dem Rückschlagventil 47 in dieser und der Pumpe 45 eine Zweigleitung 48 ab, welche eine zweckmässig in der Zeichnung links von der Nut 32 liegende ümfangsnut 50 im Lagerkörper 21 mit öl unter dem Druck der Hilfspumpe 45 versorgt. Die Nut 50 ist durch den O-Ring 33 und den weiteren O-Ring 51 abgedichtet. In der Nut 50 erstreckt sich ähnlich wie in der Nut 32 als Vorschaltdrossel ein Kapillarrohr 53, welches in ein Nippel 54 in der Bohrung 55 mündet, welche das hydrostatische axiale Hilfslager 56 mit konstantem Niederdruck beaufschlagt. Dieses Lager wird deswegen als Hilfslager bezeichnet, weil es für den Betrieb der Maschine unter idealen Bedingungen licht erforderlich 1st, jedoch im Leerlauf, bei welchem der Axialschub der Kolben der den Konus 26 im hydrostatischen Lager hält, ein axiales nach rechts Verschie-

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ben der Welle 7 im hydrostatischen Lager verhindert. Aus der ringnutförmigen Lagertasche 56 des axialen Hilfslagers strömt das Drucköl über den in einer Normalebene zur Achse 6 verlaufenden Lagerspalt 57 radial nach aussen in den Ringraum 59 und radial nach innen in den Ringraum 39. Der Ringraum 59 ist durch die Bohrung 60 an die Bohrung angeschlossen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird der Lagerspalt des hydrostatischen axialen Hilfslagers 56 rechts vom Lagerkörper 21 begrenzt und links von dem drehfest auf der Welle 7 sitzenden Lagerflansch 61. Der Lagerflansch 61 ist über den Distanzring 62 auf eine entsprechende Schulter 63 am linken Ende des konischen Bereichs der Welle abgestützt. Der Distanzring 62 ist auswechselbar und erlaubt dadurch eine sehr feine Einstellung des Lagerspalts im hydrostatischen Lager zwischen dem Konus 26 und dem Lagerkörper

Zur selbsttätigen automatischen Axialfeineinstellung des konischen hydrostatischen Lagers beispielsweise unter dem Einfluß von Temperaturänderungen dient eine ringförmig den Bund 63 der Welle 7 umgebende hydraulische Druckkammer 65. Die Druckkammer 65 ist einerseits vom Lagerflansch 61 nach rechts und vom Tragflansch 66 in Axialrichtung nach links begrenzt. Radial nach innen ist sie durch den Bund 69 begrenzt und, wie angedeutet, durch zwei O-Ringe abgedichtet. Radial nach aussen ist sie durch den in den

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Zeichnungen nach links ragenden Kragen 67 des Lagerflansches 61 begrenzt. Zur Abdichtung ist dort ebenfalls ein O-Ring vorgesehen. Die hydraulische Druckkammer stellt also im Prinzip eine ringförmige Kolben-Zylinder-Anordnung dar. Zur Beaufschlagung der Druckkammer 65 dient eine aus der Ringnut 56 zur Kammer 65 führende Bohrung 68, welche der hydraulischen Druckkammer 65 Drucköl unter dem durch die von dem Kapillarrohr 53 gebildete Vorschaltdrossel des axialen Hilfslagers 56 reduzierten Lagerdruck des letzteren Lagers zuführt.

Der Lagerflansch 61 ist gegen Verdrehung relativ zum Tragflansch 66 durch eine Reihe von hohlen Zylinderstiften 73 gesichert, die sich in parallel zur Achse 6 erstreckenden gleichmässig über den Umfang verteilten Bohrungen des Tragflansches 66 und des Lagerflansches 61 erstrecken. Der Tragflansch 66 ist seinerseits durch bekannte Mittel 71 gegen Verdrehen relativ zur Welle und gegen axiales Verschieben durch den Sicherungsring 70 gesichert. In den einseitig offenen Büchsen 73 befinden sich Druckfedern 77, deren Axialkraft zusammengenommen weitaus geringer ist als die von der Druckflüssigkeit in der Druckkammer 65 ausgeübte Axialkraft. Die Feder 77 dient lediglich dazu, beim Anfahren der Maschine einen übermässig großen Lagerspalt im konischen Lager der Welle 7 zu verhindern.

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Der Konus-Winkel bei einer Maschine mit maximalem Hilfsdruck von 50 bar und maximalem Hochdruck der Axialkolbenpumpe von 400 bar liegt vorteilhaft bei etwa 18 . Das Radialspiel des konischen Lagers liegt vorteilhaft zwischen 20 und 30 my. Der Lagerspalt 57, 58 des axialen Hilfslagers 56 beträgt bei einem Hilfsdruck von 50 bar vorteilhaft etwa 40 my.

Die Maschine arbeitet wie folgt:

Im Leerlauf erzeugt die Pumpe 4, 11 praktisch keinen Druck, wohl aber die Pumpe 45. Dadurch strömt Druckflüssigkeit unter einem Druck von 50 bar über die Leitung 44, das Rückschlagventil 47 und die Leitung 42 in die Nut 32 und verteilt sich von dort in die Lagertaschen 28 und 29. Der geringe Lagerdruck reicht hier völlig aus, da das Lager hier nicht belastet ist. Ferner strömt Drucköl über die Leitungen 44 und 48 in die Ringnut 50 und aus dieser in die ringnutförmige Lagertasche 56 des axialen Hilfslagers, so daß auch dieses Lager einwandfrei hydrostatisch ohne Feststoffberührung läuft. Schließlich setzt sich der durch die Vorschaltdrossel 53 herabgesetzte Druck der Hilfspumpe 45 durch die Bohrung 68 in die hydraulische Druckkammer 65 fort, welche einen gewissen Axialdruck im Sinne des Hineinschiebens des Lagerkonus 26 in die konische Lagerfläche des Lagerkörpers 21 bewirkt. Die Maschine läuft jetzt einwandfrei hydrostatisch gelagert bei nur sehr geringem Energie-

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verbrauch. Wird nun die Glocke geschwenkt, so daß die Pumpe Leistung abgibt und aufnimmt, so passiert so lange nichts, bis der von der Pumpe 4, 11 erzeugte Hochdruck den von der Hilfspumpe 45 erzeugten Hilfsdruck übersteigt. Nun öffnet der Pumpenhochdruck das bis dahin vom Druck der Hilfspumpe 45 geschlossen gehaltene Rückschlagventil 43/ pflanzt sich über die Leitung 44 auf das Rückschlagventil 47 fort und schließt dieses. Ferner strömt öl unter dem Hochdruck in die Ringnut 32, so daß nun das konische Wellenlager mit Hochdrucköl versorgt ist.

Das Lagerspiel des konischen hydrostatischen Lagers stellt sich dabei aufgrund richtiger Dimensionierung auf ein optimales Maß ein. Auf der einen Seite will der Flüssigkeitsdruck den Konus aus der Lagerung herausschieben, auf der anderen Seite ist die Kolbenkraft bestrebt, den Konus hineinzuschieben .

Wird dieses Gleichgewicht gestört, beispielsweise durch stärkere Erwärmung des Konus als der konischen hydrostatischen Lagerbüchse 21, so wird die hier erforderliche Axialverschiebung durch die hydraulische Druckkammer 65 ermöglicht. Steigt nämlich der Druck im konischen hydrostatischen Lager wegen Verringerung des Lagerspaltes, so steigt auch die Axialkomponente dieses Druckes, und diese Axialkomponente schiebt gegen den nur weitaus flacher ansteigenden Druck in der Druckkammer 65 den Lagerkonus 26 und mit

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diesem den Tragflansch 66 nach rechts, so daß die axiale Erstreckung der hydraulischen Druckkammer 65 entsprechend verringert wird. Auf diese Weise kann der Lagerspalt im konischen hydrostatischen Lager praktisch konstant gehalten werden.

Die verschiedenen Betriebszustände der Maschine lassen sich dahingehend zusammenfassen, daß das axiale Hilfslager und die hydraulische Druckkammer ständig mit dem Druck der Hilfspumpe beaufschlagt werden, während das konische hydrostatische Hauptlager nur bei Leerlauf oder minimaler Belastung, die einem Pumpenhochdruck von weniger als dem Druck der Hilfspumpe entspricht, mit dem Druck der Hilfspumpe beaufschlagt werden und beim übersteigen des letztgenannten Druckes durch den Hochdruck der Maschine mit letz« terem beaufschlagt wird, so daß der der Vorschaltdrossel des konischen hydrostatischen Lagers zugeführte Druck dann stets gleich bzw. proportional dem Arbeitshochdruck der Pumpe ist.

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Claims (10)

" :-- DR, BERG D I P L . - I Π Γϊ S T A P F DiPL-!NG. GCHVvA.-r: ι'.:'--k-:;.-.;.-,-.!R - Z'- SUOlICHCN. tiü · MAUiRKIHCHERSTB. 4 Anwaltsakte 2B 865 . ■ 2815476 An s ρ r ü c h e :

1. Axialkolbenmaschine (Motor oder Pumpe) mit einer in Axial- und Radialrichtung gelagerten Welle, einem drehbaren Kolbenzylinder, dessen Drehachse sich wenigstens beim Arbeiten der Maöchine in einer vorzugsweise einstellbaren Schräglage zur Wellenachse be-

"·--"" findet, einer Mehrzahl von Kolben in dem Zylinder, und zwischen den Kolben und der zylinderseitigen Stirnfläche der Welle angeordneten Kolbenstangen, dad u r e h ge k e η η zeichnet , daß die Welle (7) zu der zylinderseitigen Stirnfläche hin konisch erweitert und im konisch erweiterten Bereich (26)

- hydrostatisch (28, 29) gelagert ist, daß der Vorschaltdrosselanordnung (36) des hydrostatischen Lagers (29, 28) Flüssigkeit unter einem Druck zugeführt wird, welcher dem Arbeitshochdruck der Maschine proportional ist, einen bestimmten Mindestdruck jedoch nicht unterschreitet und daß die Welle (7) auf eine in Axialrichtung geringfügig nachgiebige Hilfsaxiallageränordnung (56, 65) in Richtung der Erweiterung des Konus (26) abgestützt ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h

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gekennzeichnet , daß die nachgiebige Hilfs-Axiallageranordnung ein Axiallager (56, 57, 58) und eine in Axialrichtung nachgiebige hydraulische Druckkammer (65) aufweist, die an eine Arbeitsflüssigkeit unter wenigstens angenähert konstanten Druck liefernde Druckflüssigkeitsquelle angeschlossen ist.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Hilfs-Axiallageranordnung (56 - 58) am verjüngten Ende des konischen Wellenbereiches (26) der Wellenlagerung sitzt.

4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatische konische Wellenlagerung (28, 29) über ihre Drosselanordnung (36) mit der unter Hochdruck stehenden Arbeitsflüssigkeit der Maschine beaufschlagbar ist.

5. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Druckkammeranordnung (65) mit Arbeitsflüssigkeit von einem weit unter dem normalen Hochdruck der Maschine stehenden Druck beaufschlagbar ist, die von einer Hilfspumpe (45) geliefert wird.

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6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das konische hydrostatische Wellenlager (28, 29) bei ohne oder mit sehr geringem Druck arbeitender Maschine ebenfalls von der Hilfspumpe (45) beaufschlagt wird, und erst dann mit dem Arbeitshochdruck der Maschine beaufschlagt wird, wenn letzterer den Druck der Hilfspumpe übersteigt.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß von der Druckseite der Hilfspumpe (45) eine ständig offene Leitung (44, 48) über eine Drossel (53) zu der Druckkammer (65) und eine mit einem Rückschlagventil (47) versehene Leitung (44) zu der dem konischen hydrostatischen Wellenlager (28, 29) vorgeschalteten Drossel (36) führt, und daß die Arbeitsflüssigkeit unter Maschinenhochdruck der Drossel (36) des koniscÄfen Wellenlagers (28, 29) zuführende Leitung (42) ebenfalls ein Rückschlagventil (43) aufweist.

8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das

. Hilfs-Axiallager (56 - 58) ein hydrostatisches Lager ist, das ebenfalls von der Hilfspumpe (45) über die der Druckkammer (65) vorgeschaltete Drossel (53) beaufschlag·» bar ist.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch

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gekennzeichnet , daß die Druckkammer (65) aus der Flüssigkeitstasche (56) des hydrostatischen Axiallagers (56 - 58) beaufschlagbar ist.

10. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrostatische konische Wellenlager zwei axial im Abstand voneinander angeordnete Kränze von Lagertaschen (28, 29) aufweist.

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