Geräuschgedämpfte hydrostatische Verdrängermaschine

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einem Zylinderblock, in dem Verdrängerelemente vorgesehen sind, mit einem Hubring, der quer zur Drehachse des Zylinderblocks verschiebbar ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängerelemente über zwei Halteringe am Hubring geführt sind, wobei

a) die Halteringe dem Hubring gegenüber eine radiale Abdichtung aufweisen, und

b) die axiale Abdichtung der Halteringe im Stillstand über Federelemente und beim Pumpbetrieb durch eine Anpreßkraft erfolgt.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine geräuschgedämpfte hydrostatische Verdrängermaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs.

[0002] Eine geräuschgedämpfte hydrostatische Verdrängermaschine dieser Art ist aus der DE-OS 39 21 790 bekannt. Der Kern dieser hydrostatischen Verdrangermaschine besteht darin, den - bezogen auf den Hubring - radial äußeren Bereich gegenüber dem radial inneren Bereich so abzudichten und so mit unterschiedlichem Druck zu beaufschlagen, daß der durch die Stellung des Hubrings bedingte Geräuschpegel vermindert wird.

[0003] Die bekannte Konzeption bzw. Konstruktion hat sich vom Grundgedanken her bestens bewährt - sie ist nur insofern etwas problematisch, als relativ enge Toleranzen einzuhalten sind, um wegen der axialen einseitigen Dichtung eine zu geringe Anpreßkraft bzw. eine zu hohe Anpreßkraft auf die Dichtung zu vermeiden. Eine zu geringe Pressung führt zu mangelhafter Dichtwirkung; eine zu hohe Pressung führt zu Problemen bei der Verstellung bzw. Einstellung des Hubrings, und zwar insbesondere bei geringen Verstelldrücken. Auf der der Dichtung abgewandten Seite können darüberhinaus aufgrund von betriebsdruckabhängigen Verformungen des Pumpengehäuses ebenfalls Undichtigkeiten entstehen.

[0004] DE-GM 84 07 367 zeigen Verdrängerelemente (Figur 1, Teil 17 bzw. Figur 1, Teil 16), die axial betrachtet über zwei Halteringe (33, 34 bzw. 26, 27) am Hubring (14 bzw. 20) geführt sind.

[0005] DE-AS 24 30 119 zeigt eine radiale Abdichtung (Nuten im Hubring) zwischen Hubring und Haltering (Figur 1).

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Verdrängermaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 anzugeben, bei der trotz hoher Toleranzen die erforderliche Dichtheit zwischem dem radial äußeren und dem radial inneren Bereich erreichbar ist.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale und Maßnahmen gelöst.

[0008] Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in

Fig. 1

eine Radialkolbenpumpe im Längsschnitt;

Fig. 2

die Radialkolbenpumpe nach Fig. 1 im Querschnitt und zwar längs der Schnittlinie II-II;

Fig. 3

einen Ausschnitt aus der Radialkolbenpumpe nach Fig. 1 zur Detaildarstellung der Axialdichtung zwischen dem Hubring und dem Gehäuse;

Fig. 4

den Ausschnitt nach Fig. 3 zur Darstellung der am Haltering wirkenden Kräfte.

[0009] Anhand von Fig. 1 und Fig. 2 sollen die wesentlichen und insoweit auch bekannten Einzelheiten und Maschinenelemente der dargestellten Radialkolbenmaschine (beispielsweise Radialkolbenpumpe) erläutert werden.

[0010] Ein Gehäuse 10, in das ein feststehender Steuerzapfen 11 eingesetzt ist, ist durch einen Gehäusedeckel 12 verschlossen. In diesem ist eine Antriebswelle 13 gelagert (siehe auch Wälzlager 14 und Antriebswellendichtung 15). Die Antriebswelle 13 ist mittels einer Kupplung 16 mit einem Zylinderblock 17 verbunden, der seinerseits auf dem Steuerzapfen 11 drehbar gelagert ist. Im Zylinderblock 17 befinden sich, und zwar in sternförmiger Anordnung, mehrere, beispielsweise sieben, Kolben 18; jeder dieser Kolben 18 ist wiederum gelenkig mit einem Kolbenschuh 19 verbunden. (Diese aus dem Kolben 18 und dem Kolbenschuh 19 bestehenden Funktionseinheiten bilden sogenannte Verdrängerelemente, über deren Umlauf die eigentliche Pumpenwirkung bewirkt wird).

[0011] Im Gehäuse 10 ist ein Hubring 20 angeordnet, der relativ zum Steuerzapfen 11 eine exzentrische Lage (vgl. Exzentrizität "e") einnimmt. Die Kolbenschuhe 19 gleiten bei einer Drehung des Zylinderblocks 17 entlang der inneren Mantelfläche dieses Hubrings 20. Die Größe der Exzentrizität e zwischen dem Steuerzapfen 11 und dem Hubring 20 ist veränderbar, und zwar durch eine Verschiebung des Hubrings 20 mit Hilfe von Stellkolben 21 und 22; diese Stellkolben 21/22 werden über eine Druckbeaufschlagung mittels Flüssigkeit der geforderten Pumpenleistung entsprechend eingestellt.

[0012] Durch das Gehäuse 10 und durch den Steuerzapfen 11 erstrecken sich ein Niederdruckkanal 23 und ein Hochdruckkanal 24.

[0013] Der radial innerhalb des Hubrings 20 befindliche Bereich 25 des Gehäuseinnenraumes, in dem die Antriebswelle 13, das Wälzlager 14 , die Kupplung 16, der Zylinderblock 17, sowie der Kolben 18 mit dem Kolbenschuh 19 umlaufen, ist über einen Leckölkanal 29 mit einem Niederdruckbereich, z.B. mit einem - symbolisch dargestellten - drucklosen ölbehälter 9 verbunden. Somit herrscht in diesem radial inneren Bereich 25 ein Druck, der sich ungefähr zwischen 0 und 1 bar einstellt.

[0014] Gemäß der bekannten Radialkolbenpumpe ist der radial außerhalb des Hubrings 20 befindliche Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes vom übrigen Gehäuseinnenraum, d.h. vom radial inneren Bereich 25 dadurch abgedichtet, daß in einer der Stirnflächen des Hubringes 20 eine Ringnut vorgesehen ist, in der sich ein axial verschiebbarer Dichtring befindet. Mit Hilfe wenigstens eines elastischen Elements (z.B. eines O-Rings) werden dadurch der Hubring einerseits und der Dichtring andererseits in Axialrichtung auseinandergespreizt. Hierdurch liegt der Hubring 20 mit seiner ,einen Stirnfläche stets dichtend an der Fläche 40 des Gehäuses 10 an, während an der gegenüberliegenden Stirnfläche des Hubringes 20 der Dichtring ständig dichtend an der Fläche 41 des Gehäusedeckels 12 anliegt. Wesentlich ist dabei, daß sich in dem radial äußeren Bereich 26 des Innenraumes ein "mittlerer " Druck von ca. 2 bis 4 bar aufbaut, was z.B. dadurch erfolgen kann, daß Leckflüssigkeit aus einem Druckraum und zwar entlang dem Stellkolben 21 in den äußeren Bereich 26 eindringt. Der äußere Bereich 26 wird in weiterer Ausgestaltung über einen Kanal 33 mit einer beliebigen Druckquelle verbunden, so daß der Aufbau des "mittleren" Drucks in dem genannten Bereich 26 möglichst rasch erfolgen kann.

[0015] Es ist grundsätzlich zweckmäßig, stets eine gewisse Druckdifferenz zwischen dem radial äußeren Bereich 26 und dem Druck im radial inneren Bereich 25 einzuhalten. Um diese Druckdifferenz von beispielsweise 2 bis 4 bar einzuhalten, ist der äußere Bereich 26 über Bohrungen mit dem Leckölkanal 29 verbunden. Außerdem ist, wie in Fig. 1 dargestellt, in der Verbindung zwischen dem äußeren Bereich 26 und dem Leckölkanal 29 ein Rückschlagventil 37 angeordnet, das sich nur dann öffnet, wenn die genannte Druckdifferenz den gewünschten Wert übersteigt. (Anstelle des Rückschlagventils 37 kann auch irgendein anderes geeignetes Druckventil, beispielsweise ein Druckbegrenzungsventil, vorgesehen werden).

[0016] Das Gehäuse 10 hat an seiner Innenseite in bekannter Weise zwei Führungsflächen 42 zur Führung des Hubringes 20. Durch diese Führungsfläche 42 ist der radial äußere Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes in zwei Kammern unterteilt, die jedoch über Kanäle 45 miteinander verbunden sind. Beim dargestellten Beispiel sind die Verbindungskanäle 45 in des Gehäuse 10 eingearbeitet; ähnliche Verbindungskanäle könnten jedoch auch im Hubring 20 vorgesehen werden.

[0017] In Fig. 1 ist mit strichpunktierten Linien ferner ein Verbindungskanal 33' vom Niederdruckkanal 23 zu einem der Verbindungskanäle 45 dargestellt. Diese Anordnung ist als Alternative zu dem oben erwähnten Kanal 33 (vgl. Fig.2) zu betrachten und kommt dann in Frage, wenn im Niederdruckkanal 23 ein "mittlerer" Flüssigkeitsdruck vorhanden ist, der sich nun in den radial außerhalb des Hubrings befindlichen Bereich 26 des Gehäuseinnenraumes fortpflanzt.

[0018] Die insoweit gezeichnete und beschriebene Radialkolbenpumpe ist Stand der Technik. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Abdichtung zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich 25 bzw. 26, wobei vom Hubring 20 per se ausgegangen wird.

[0019] Die erfindungsgemäße Konzeption bzw. Konstruktion bezüglich der dem Stand der Technik gegenüber verbesserten Abdichtung ist in Fig. 3 dargestellt, die einem Ausschnitt aus dem Längsschnitt gemäß Fig. 1 entspricht. Diesbezüglich ist grundsätzlich anzumerken bzw. voranzustellen, daß - anders als beim Stand der Technik - eine Abdichtung zwischen dem inneren Bereich 25 und dem äußeren Bereich 26 zu beiden Seiten des Hubrings 20 integriert ist, d.h. die anhand von Fig. 3 gezeichnete Abdichtung zwischen dem Hubring 20 und dem Gehäuse 10 ist spiegelbildlich gleichermaßen zwischen dem Hubring 20 und dem Gehäusedeckel 12 vorgesehen. Auszugehen ist mithin davon, daß neben dem Hubring 20, der ja den inneren Bereich 25 und den äußeren Bereich 26 relativ zueinander separiert zu beiden Seiten des Hubrings 20 je ein flanschähnlicher (vgl. Bezugszeichen 30') sogenannter Haltering 30 vorgesehen ist,die - bezogen auf den Hubring 20 - relativ zueinander axial gespreizt werden können. Konstruktiv betrachtet ist die Abdichtung mittels der Halteringe 30 wie folgt gestaltet: Der Hubring 20 weist zu bei den Seiten je eine erste Aussparung auf, in die die Halteringe 30 über ihren Flanschansatz 30' eingepaßt werden; der Hubring 20 weist darüberhinaus je eine zweite Aussparung auf, so daß zwischen dem Hubring 20 und dem Haltering 30 ein radialer Zwischenraum 31 entsteht, in den eine elastische Dichtung, z.B. in Form eines O-Rings, eingelegt wird.

[0020] Aufgrund dieser spezifischen Konstruktion erfolgt die Verformung des O-Rings im radialen Zwischenraum 31 nunmehr radial und nicht mehr - wie beim Stand der Technik - axial, so daß bei der Fertigung im Hinblick auf die Toleranzen der Längsabmessungen kein zu hoher Aufwand mehr erforderlich ist. Der Einbau von zwei Halteringen 30 und damit von zwei Dichtscheiben hat darüberhinaus auch den Vorteil, daß nicht nur die Längstoleranzen ausgeglichen werden können, sondern auch Winkelabweichungen zwischen dem Hubring 20 und dem Gehäuse 10 bzw. dem Gehäusedeckel 12, sowie Winkelveränderungen des Hubrings 20 aufgrund von belastungsabhängigen Verformungen kompensiert werden. Die Halteringe werden zur Grundfunktion der Pumpe sowieso benötigt, sie halten die Gleitsteine 18 an der Lauffläche des Halterings 20.

[0021] Die vorstehende Funktionsbeschreibung betrifft den Fall, daß die Pumpe arbeitet. In diesem Fall werden - analog zum Stand der Technik - der innere Bereich 25 und der äußere Bereich 26 der sich zwischen beiden einstellenden Druckdifferenz entsprechend relativ zueinander abgedichtet. Damit die axiale Andrückung der Halteringe 30, d.h. der Dichtscheiben bei jedem Betriebszustand, d.h. auch zu Beginn des Pumpbetriebs gewährleistet ist, sind zusätzlich im Hubring 20 und zwar gegenüber dem Flanschansatz 30' der Halteringe 30 Federelemente 32 eingebaut.

[0022] Die erfindungsgemäße Konfiguration soll im folgenden nochmals anhand von Fig. 4 über eine Betrachtung der im Bereich der Haltering 30 wirksamen Druck- bzw. Kraftverhältnisse erläutert werden. In Fig. 4 sind der Hubring 20 mit dem die Dichtung verifizierenden Haltering 30 als dem Gehäuse 10 gegenüberliegende Element-Paarung dargestellt.

[0023] Die spezifische Paarung Hubring 20/Haltering 30 ist so ausgelegt bzw. konzipiert, daß am Haltering 30 der leicht erhöhte Innendruck P₁ (des Raums über dem Hubring 20) bis zur Dichtung (O-Ring) im radialen Zwischenraum 31 voll wirkt und auf der dem Gehäuse 10 zugewandten Seite des Halterings 30 der konjugierte Druck Pi sich bis auf das Niveau des Innenraumes abbaut. Über die entsprechenden Anpreßkräfte F1 bzw. F2 ergibt sich so eine resultierende definierte Anpreßkraft Fan für die Anpressung der Halteringe 30 an das Gehäuse 10 (bzw. an den Gehäusedeckel 12).

Ansprüche

1. Hydrostatische Verdrängermaschine,
z.B. Radialkolbenmaschine, Flügelzellenmaschine,
mit den folgenden Merkmalen:

a) in einem umlaufenden Zylinderblock (17) sind mehrere radial in einer Führung verschiebbare Verdrängerelemente (18,19) vorgesehen, deren radiale Position während der Rotation des Zylinderblocks (17) von einem nicht umlaufenden Hubring (20) bestimmt ist,

b) der in einem Gehäuse (10) ruhende Hubring (20) ist mittels diametral angeordneter Stellkolben (21,22) quer zur Drehachse des Zylinderblocks (17) verschiebbar, so daß der Abstand (Exzentrizität e) zwischen der Achse des Hubrings (20) und der Drehachse des Zylinderblocks (17) und damit der Hub der Verdrängerelemente (18,19) veränderbar ist,

c) der zumindest überwiegend radial außerhalb des Hubrings (20) befindliche (äußere) Bereich (26) des Gehäuseinnenraumes ist gegenüber dem zumindest überwiegend radial innerhalb des Hubrings (20) befindlichen (inneren) Bereich (25) des Gehäuseinnenraumes derart abgedichtet, daß sich in dem radial äußeren Bereich (26) ein geringfügig über dem Atmosphärendruck liegender Druck einstellt, und

d) nur der radial innere Bereich (25) des Gehäuseinnenraumes ist mit einem Niederdruckbereich (Leckölleitung 29, Saugkanal 23) verbunden, während der radiale äußere Bereich (26) des Gehäuseinnenraumes an eine Druckquelle angeschlossen ist (Leitung 33),
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verdrängerelemente (18,19) axial betrachtet über zwei Halteringe (30) am Hubring (20) geführt sind, wobei

a) die Halteringe (30) dem Hubring (20) gegenüber eine radiale Abdichtung (O-Ring 31) aufweisen, und

b) die axiale Abdichtung der Halteringe (30)

b 1) im Stillstand gegenüber dem Gehäuse (10) bzw. dem Gehäusedeckel (12) über Federelemente (32) und

b 2) beim Pumpbetrieb durch eine mittelbar vom Arbeitsdruck abhängige Anpreßkraft

erfolgt.

Zeichnung