DE10066008A1

DE10066008A1 - Kühleinrichtung für eine Schrägachsenverstelleinheit

Info

Publication number: DE10066008A1
Application number: DE10066008A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Galba; Eckhard Skirde
Original assignee: Sauer Danfoss Neumunster and Co oHG GmbH
Current assignee: Danfoss Power Solutions Holding GmbH
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-03-28
Anticipated expiration: 2020-09-12
Also published as: DE10066008B4; US6505541B2; US20020152887A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schrägachsenverstelleinheit, bestehend aus einer in einem Gehäuse (4) gelagerten Abtriebswelle (1) und einem Zylinderblock (10), wobei der Zylinderblock (10) über ein Synchronisierungsgelenk (13) und über in dem Zylinderblock (10) verschiebbare Arbeitskolben (11) mit der Abtriebswelle (1) verbunden ist und wobei der Zylinderblock (10) in einem gegenüber der Achse der Abtriebswelle schwenkbaren Schwenkkörper (5) gelagert ist. Der Schwenkkörper (5) hat die Form eines geöffneten Gefäßes, wobei vorzugsweise im Boden des Schwenkkörpers (5) ein oder mehrere erste Austrittskanäle vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schrägachsenverstelleinheit bzw. eine Axialkolbenma schine in Schrägachsenbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das allgemein bekannt Wirkungsprinzip derartiger Maschinen beruht auf der Umwandlung eines Ölvolumenstroms in eine Drehbewegung.

Bei Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise ist eine Kühleinrichtung von besonderer Bedeutung, insbesondere dann, wenn höhere Leistungen übertragen werden sollen. Eine unzureichende Kühlung beeinflußt die Lebensdauer nachtei lig, da sich die Verschleißerscheinungen bei hohen Arbeitstemperaturen verstär ken. Außerdem sind bei einer verbesserten Kühlung höhere Drehzahlen und grö ßere maximale Außendurchmesser der Lager möglich. Denn diese Faktoren sind für die Lebensdauer von Axialkolbenmaschinen von wesentlicher Bedeutung.

Es sind bereits Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise bekannt, bei de nen die Kühlung der Lager durch Öl erfolgt, welches sich im Gehäuse der Ma schine befindet. Das Öl wird dabei durch einen Pumpeneffekt weiterbefördert, der durch die Drehung der Rollenlagerung entsteht. Ein Nachteil dieser Lösung be steht jedoch darin, dass im wesentlichen nur das Öl umgewälzt wird, das sich in der näheren Umgebung der Lagerung befindet und bereits eine erhöhte Tempe ratur aufweist. Außerdem wurden durch dieses Öl vorher schon andere Innenteile der Maschine gekühlt, so dass die Viskosität bereits verringert ist. Denn eine er höhte Öltemperatur führt zu einer Herabsetzung der Viskosität.

Eine Kühleinrichtung für eine Axialkolbenmaschine ist aus DE-A-196 49 195 bekannt, bei der das Arbeitsmedium von einem Niederdruckzweig des Hauptkrei ses des Motors durch einen Kühlkanal geführt wird, der sich im Mittelteil des Zy linderblocks und entlang der Rotationsachse der Welle erstreckt. Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass das Öl auf seinem Weg zu den Lagern im Mittelteil des Motors ebenfalls aufgeheizt wird. Außerdem ist durch diese Anord nung eines Kühlkanals der Durchflussquerschnitt erheblich eingeschränkt, so dass der Ölmengendurchfluss zur Kühlung stark reduziert ist.

Schließlich ist aus DE-A-198 29 060 eine Kühlung für eine Axialkolbenmaschi ne bekannt, bei welcher das als Kühlmittel verwendete Öl direkt bei der Lagerung eingeleitet wird. Das Kühlmittel gelangt dann durch die Lagerung hindurch in den Gehäuseinnenraum, in dem sich die Zylindertrommel befindet. Hierbei verläuft eine Zweigleitung von dem Kühlmittelstrom entlang der Rotationsachse der Welle und anschließend durch den Mittelteil des Zylinderblocks. Diese Leitung ist je doch nicht zur Kühlung vorgesehen, sondern lediglich zur Schmierung des Syn chronisierungsgelenks.

Ausgehend von den aus dem Stand der Technik bekannten Nachteilen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schrägachsenverstelleinheit bzw. eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise bereitzustellen, bei der die Lebensdauer erhöht ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schrägachsenverstelleinheit bzw. eine Axi alkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit den Merkmalen gemäß Patentan spruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen beschrieben.

Durch die gefäßartige Form des Schwenkkörpers mit einem oder mehreren ersten Austrittskanälen vorzugsweise im Bereich des Bodens des Schwenkkörpers wird erreicht, dass der Kühlmittelstrom kontrolliert an dem Zylinderblock vorbeige führt wird. Der ein- oder mehrteilig ausführbare Schwenkkörper kann dabei den Zylinderblock entweder vollständig oder nur teilweise umgreifen und an seinem Boden, sowie an seinen Seitenwänden Öffnungen aufweisen.

Die Aufteilung des Inneren des Gehäuses in einen Kühlmittelführungsraum und in einen Ausgussraum verhindert eine frühzeitige Vermischung des Kühlmittels mit einer niedrigen Temperatur mit dem bereits aufgeheizten Kühlmittel, wie dies z. B. bei der in DE-A-198 29 060 beschriebenen Ausführung der Fall ist. Die Tempe raturverteilung des Kühlmittels vom Eintrittskühlraum, über den Kühlmittelfüh rungsraum bis zum Ausgussraum ist dadurch günstig beeinflußt und weitgehend vorherbestimmt.

Weitere Vorteile und Merkmale der Schrägachsenverstelleinheit gemäß der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des im Zusammenhang mit der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt des Zylinderblocks und der Schrägachsenverstelleinheit gemäß der Erfindung in der durch die Achse der Abtriebswelle definierten Ebene, der den Verlauf des zentralen Kühlkanals und des Kühlmittelführungsraumes darstellt;

Fig. 2 einen Schnitt durch das Wechselventil und das Spüldruck- Begrenzungsventil.

Fig. 3 einen Querschnitt des Schwenkkörpers senkrecht zu der Zeichenebene gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt entlang A-A gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 einen Schnitt entlang B-B gemäß Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein Gehäuse 4 der Einheit dargestellt, innerhalb dessen ein Schwenk körper 5 gelagert ist. Innerhalb des Schwenkkörpers 5 befindet sich wiederum ein Zylinderblock 10, der im Schwenkkörper 5 axial gelagert ist. Der Zylinderblock 10 steht mit einer Welle 1 über ein Synchronisierungsgelenk 13 in Verbindung. Die Welle 1 ist mit Hilfe von Wälzlagern 2 und 3 in dem Gehäuse 4 gelagert, es können jedoch auch Gleitlager vorgesehen werden. Die Welle 1 ist mit einer Gruppe von Arbeitskolben 11 verbunden, die in Zylinderöffnungen 12 des Zylin derblocks 10 verschiebbar gelagert sind.

Der Zylinderblock 10 ist mit Hilfe eines axialen Schwenkkörpers 5 im Gehäuse 4 schwenkbar gelagert. Die Lagerung des Schwenkkörpers 5 und die Zuleitung des Öls in den Zylinderblock wird unten näher beschrieben.

Die Arbeitsflüssigkeit gelangt von einer Niederdrucklinie der Schrägachsenver stelleinheit durch das Wechselventil 30 und das Spüldruck-Begrenzungsventil 31 über den Druckkanal 32 in einen Eintrittskühlraum 34. Die Funktion des Wech selventils 30 und des Spüldruck-Begrenzungsventils 31 wird unten noch näher erläutert.

Ein zentraler Kühlkanal 35 verbindet den Eintrittskühlraum 34 mit dem Ausguss raum 36. Dieser zentrale Kühlkanal 35 verläuft zunächst durch die Welle 1, dann durch das Synchronisierungsgelenk 13 und den Zylinderblock 10, und mündet schließlich durch einen Austrittskanal 39 in den Ausgussraum 36 ein.

Ein Kühlmittelführungsraum 37 verbindet ebenfalls den Eintrittskühlraum 34 mit dem Ausgussraum 36. Der Kühlmittelführungsraum 37 ist durch das Wälzlager 2, das Gehäuse 4, den Schwenkkörper 5 und den Zylinderblock 10 begrenzt. Das Öl gelangt von dem Eintrittskühlraum 34 durch die Wälzlager 2 und 3 in den Kühl mittelführungsraum 37. Für diese Verbindung kann jedoch - vorzugsweise bei der Verwendung von Gleitlagern - auch ein gesonderter Kanal entweder im Gehäuse 4 oder in der Welle 1 vorgesehen werden.

Der Schwenkkörper 5 hat die Form eines Gefäßes, dessen Kante 8 den Kühlmit telführungsraum 37 vom Ausgussraum 36 des Gehäuses 4 trennt. Ein Teil des Innenraums des Gehäuses 4 besteht aus Wänden, die sich aus Bogensegmenten 7 zusammensetzen, wobei sich diese Bogensegmente 7 in unmittelbarer Nähe der Kanten 8 des Schwenkkörpers 5 befinden. In der Nähe des Bodens des Schwenk körpers 5 befindet sich ein Austrittskanal 38, der den Kühlmittelführungsraum 37 mit dem Ausgussraum 36 verbindet.

Je besser die Abdichtung des Schwenkkörpers 5 gegenüber dem Gehäuse 4 aus gestaltet ist, desto effektiver ist die Kühlung der Wälzlager 2 und 3 und des Zy linderblocks 10. Denn bei einer perfekten Abdichtung wird der gesamte Ölmas senstrom, der in den Kühlmittelführungsraum gelangt, direkt an dem Zylinder block 10 vorbeigeführt, um erst durch den Austrittskanal 38 in den Ausgussraum 36 zu gelangen. Außerdem findet eine kontrollierte Strömung von dem Eintritts kühlraum 34 zum Ausgussraum 36 statt, wobei die Temperatur des als Kühlmittel verwendeten Öls im Bereich der Wälzlager noch minimal ist. Eine Vermischung mit bereits aufgeheizten Kühlmittel findet nicht statt. Es wird jedoch betont, dass die Erfindung auch funktioniert, wenn keine Abdichtung zwischen dem Schwenk körper 5 und dem Gehäuse 4 vorgesehen ist. In diesem Fall sollte jedoch der Spalt zwischen diesen Bauteilen möglichst gering ausgestaltet sein, z. B. durch mög lichst dichtes Positionieren der Kante 8 zu den Bogensegmenten 7 des Gehäuses 4.

Durch das oben beschriebene Vorsehen eines zentralen Kühlkanals 35 einerseits und eines Kühlmittelführungsraumes 37 andererseits gelangt das Öl von dem Eintrittskühlraum 34 damit auf zwei Wegen in den Ausgusskanal 36. Im Eintritts kühlraum 34 teilt sich die Durchströmung im Verhältnis der hydraulischen Strö mungswiderstände des zentralen Kühlkanals 35 und des Kühlmittelführungsrau mes 37 in zwei Ölmassenströme. Hierbei ist jedoch auch ein eventueller Pumpen effekt der Lager zu berücksichtigen. Im Ausgussraum 36, in dem dasselbe Druck niveau herrscht, vereinigen sich die beiden Ölmassenströme.

Auf dem Weg aus dem Eintrittskühlraum in den Ausgussraum entnimmt das durchfließende Öl der Schrägachsenverstelleinheit die erzeugte Wärme. Das Öl verlässt den Ausgussraum 36 durch die Öffnung 40 und fließt von dort vorzugs weise zu einem Kühler weiter.

Die Ölversorgung der Maschine in einem einzigen Hydraulikkreis ist die bevor zugte Ausführungsform. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung auch möglich, zwei Hydraulikkreise vorzusehen, von denen der eine in der Maschine für die Umwandlung in eine Drehbewegung vorgesehen ist, und von denen der andere zur Kühlung der Maschine vorgesehen ist.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Wechselventil 30 und das Spüldruck- Begrenzungsventil 31. Der Schieber innerhalb des Wechselventils 30 wird durch seitlich, in der Fig. 2 also oben und unten anliegende Druckleitungen gesteuert. Diese Druckleitungen stehen in Verbindung mit der Zu- bzw. Abflussleitung für die Zylindertrommel. Bei einem Wechsel der Druckverhältnisse in diesen Leitun gen ändert sich auch die gewünschte Drehrichtung der Axialkolbenmaschine. Bei einem solchem Wechsel wird der Schieber innerhalb des Wechselventils 30 ver schoben, so dass der Druckkanal 33 immer mit der jeweiligen Niederdrucklinie der Axialkolbenmaschine verbunden ist.

Wie in Fig. 3 zu erkennen ist, ist der Schwenkkörper 5 in zwei symmetrische Zy lindersegmente 51 und 52 unterteilt. Diese Zylindersegmente 51 und 52 bilden eine fiktive zylindrische Ebene 53, die den Raum schneidet, in dem die Arbeits kolben 11 und der Zylinderblock 10 gelagert sind.

Es ist zu erkennen, dass in den jeweiligen Zylindersegmenten nicht-stationäre Überführungskanäle 56a und 56b angeordnet sind, deren oberes Ende in Durch flusskammern 54a' und 54b' münden. Diese Durchflusskammern 54a' und 54b' überdecken sich mit Durchflusskammern 54a und 54b in dem Gehäuse 4, die wie derum mit stationären Überführungskanälen 44a und 44b in Verbindung stehen. Über diese Kanäle 44a und 44b wird die Arbeitsflüssigkeit je nach Drehrichtung der Welle zu- bzw. abgeleitet.

Im Bereich dieser Durchflusskammern 54a, 54b, 54a' und 54b' liegt folglich die Ebene der hydrostatischen Gleitlagerung für den Schwenkkörper 5, die mit der fiktiven Zylinderebene 53 übereinstimmt.

Fig. 4 gibt eine Schnittdarstellung entlang A-A gemäß Fig. 3, d. h. entlang der Zy linderebene 53, wieder. In dieser Ansicht sind die entsprechenden Öffnungen der nicht-stationären Überführungskanäle 56a und 56b, die Öffnungen der stationären Überführungskanäle 44a und 44b sowie die Durchflusskammern 54a und 54b zu erkennen. Diese Durchflusskammern 54a und 54b erstrecken sich quer zu den Öffnungen der jeweiligen Überführungskanäle über die nahezu gesamte Länge der Zylindersegmente 51 und 52. Zum Zweck eines möglichst vorteilhaften Aus gleichs der auf den Schwenkkörper 5 wirkenden Kräfte sind die Zylindersegmente 51 und 52 mit entsprechenden Ausgleichskammern 55a und 55b versehen. Die Ausgleichskammern 55a und 55b, ebenso wie die Durchflusskammern 54a bzw. 54b sind von entsprechenden Dichtungsfeldern 541a und 541b umgeben. Die Ausgleichskammer 55a steht hierbei gemäß der Erfindung über einen Verbin dungskanal 58a mit dem kreisförmigen Segmentkanal 57b in Verbindung, wäh rend die Ausgleichskammer 55b über einen entsprechenden Verbindungskanal 58b mit dem kreisförmigen Segmentkanal 57a verbunden ist.

Diesen Ausgleichskammern 55a bzw. 55b wird dann das Drucksignal über die Verbindungskanäle 58a bzw. 58b von den nicht-stationären Überführungskanälen 56b bzw. 56a der entgegengesetzten Seite des Schwenkkörpers 5 zugeführt.

Da der Durchmesser der Zylindersegmente 51 bzw. 52 bei der Ausführung ent sprechend der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den jeweiligen Ausfüh rungen aus dem Stand der Technik wesentlich kleiner ist, ist auch die Länge der jenigen Strecke kürzer, die jeder Punkt der fiktiven zylindrischen Ebene 53 beim Verstellen des Schwenkkörpers 5 zurücklegen muss. Dadurch wird es stets er möglicht, eine ausreichende Durchflussbreite der Durchflusskammern 54a und 54b bereitzustellen. Gleichzeitig wird es hierdurch möglich, den Schwenkkörper 5 in dem stationären Teil des Gehäuses 4 in der Nähe der Trennungsebene 45 des Gehäuses 4 zu lagern. Auf diese Weise lassen sich die Vibrationen des Gehäuses 4 erheblich vermindern, die wegen der zyklischen Belastung des Schwenkkörpers 5 auftreten. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, liegt die Stirnseite 21 des Wälzlagers 2 deshalb in der Trennungsebene 45 des Gehäuses 4.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang B-B gemäß Fig. 3, d. h. einen Schnitt durch das linksseitige Zylindersegment 52 und den entsprechenden Abschnitt des Gehäuses 4. Dieses weist den stationären Überführungskanal 44b auf, der dann in die Durchflusskammer 54b mündet. Das Zylindersegment 52 ist in der Aushöhlung 42 hydrostatisch gleitend gelagert, während das gegenüberliegende Ende über axial verschiebbare Zapfen 14 mit dem stationären Teil des Gehäuses 4 in Ver bindung steht. Im Boden 6 des Schwenkkörpers 5 ist der kreisförmige Segment kanal 57b angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der nicht- stationäre Überführungskanal 56b, der den Segmentkanal 57b mit der Durchfluss kammer 54b verbindet, durch zwei parallel verlaufende Kanäle ausgestaltet.

Bezugszeichenliste

1

Abtriebswelle

2

erstes Wälzlager

3

zweites Wälzlager

4

Gehäuse

5

Schwenkkörper

6

Boden des Schwenkkörpers

7

bogensegmentartige Innenflächen

8

Kante

10

Zylinderblock

11

Arbeitskolben

12

Zylinderöffnungen im Zylinderblock

13

Synchronisierungsgelenk

14

Zapfen

21

Stirnseite des ersten Wälzlagers

30

Wechselventil

31

Spüldruck-Begrenzungsventil

32

Kanal

33

Druckkanal

34

Eintrittskühlraum

35

zentraler Kühlkanal

36

Ausgussraum

37

Kühlmittelführungsraum

38

erster Austrittskanal

39

zweiter Austrittskanal

40

Öffnung

41

,

42

Aushöhlungen

44

a,

44

b stationäre Überführungskanäle

45

Trennebene des Gehäuses

51

,

52

Zylindersegmente

53

fiktive Zylinderebene

54

a,

54

b Durchflusskammern im Gehäuse

54

a',

54

b' Durchflusskammern im Schwenkkörper

55

a,

55

b Ausgleichskammern

56

a,

56

b nicht-stationäre Überführungskanäle

57

a,

57

b kreisförmige Segmentkanäle

58

a,

58

b Verbindungskanäle

541

a,

541

b Dichtungsfelder

Claims

1. Schrägachsenverstelleinheit, bestehend aus einer in einem Gehäuse (4) gelagerten Abtriebswelle (1) und einem Zylinderblock (10), wobei der Zy linderblock (10) über ein Synchronisierungsgelenk (13) und über in dem Zylinderblock (10) verschiebbare Arbeitskolben (11) mit der Abtriebs welle (1) verbunden und in einem gegenüber der Achse der Abtriebswelle schwenkbaren Schwenkkörper (5) gelagert ist, der die Form eines geöff neten Gefäßes hat, wobei der Zylinderblock (10) in der Öffnung des Schwenkkörpers (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper (5) einen ersten oder mehrere erste Austrittska näle (38) aufweist.

2. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder die ersten Austrittskanäle (38) im Bereich des Bodens des gefäßartigen Schwenkkörpers (5) angeordnet sind.

3. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der Schwenkkörper (5) das Innere des Gehäuses in einen Kühlmittelführungsraum (37) und einen Ausgussraum (36) aufteilt, wobei der Kühlmittelführungsraum (37) durch das Innere des Schwenkkörpers (5) einerseits und durch die Lagerung der Abtriebswelle (1) andererseits begrenzt wird.

4. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder die mehreren ersten Austrittskanäle (38) den Kühlmit telführungsraum (37) mit dem Ausgussraum (36) miteinander verbinden.

5. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper (5) hydrostatisch gleitend im Gehäuse (4) gelagert ist.

6. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper (5) ein- oder mehrstückig ausge bildet ist.

7. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper (5) den Zylinderblock (10) voll ständig oder teilweise umgreift.

8. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eintrittskühlraum (34) vorgesehen ist, der sich auf der dem Zylinderblock (10) abgewandten Seite der Lagerung der Ab triebswelle (1) befindet.

9. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrittskühlraum (34) mit dem Kühlmittelführungsraum (37) in Verbindung steht.

10. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, dass ein zentraler Kühlkanal (35) vorgesehen ist, der den Ein trittskühlraum (34) mit dem Ausgussraum (36) miteinander verbindet.

11. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Kühlkanal (35) durch das Synchronisierungsgelenk (13) und den Zylinderblock (10) verläuft.

12. Schrägachsenverstelleinheit gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn zeichnet, dass der zentrale Kühlkanal (35) durch die Abtriebswelle (1) verläuft.

13. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, da durch gekennzeichnet, dass der zentrale Kühlkanal (35) durch einen im Schwenkkörper (5) angeordneten zweiten Austrittskanal (39) in den Aus gussraum (36) einmündet.

14. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das als Kühlmittel verwendete Öl über ein Wechsel ventil (30) in das Innere des Gehäuses gelangt.

15. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kühlmittelkreislauf ein Niederdruckzweig ih res Hauptkreises vorgesehen ist.

16. Schrägachsenverstelleinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass für den Kühlmittelkreislauf ein Spüldruck-Be grenzungsventil (31) vorgesehen ist.