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Die Erfindung betrifft eine Schrägachsenverstelleinheit
bzw. eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit Kühlung durch
einen Ölmassenstrom
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das allgemein bekannte Wirkungsprinzip derartiger
Maschinen beruht auf der Umwandlung eines Ölvolumenstroms in eine Drehbewegung.
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Bei Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise
ist eine Kühleinrichtung
von besonderer Bedeutung, insbesondere dann, wenn höhere Leistungen übertragen
werden sollen. Eine unzureichende Kühlung beeinflusst die Lebensdauer
nachteilig, da sich die Verschleißerscheinungen bei hohen Arbeitstemperaturen
verstärken.
Außerdem
sind bei einer verbesserten Kühlung
höhere
Drehzahlen und größere maximale
Außendurchmesser
der Lager möglich.
Denn diese Faktoren sind für
die Lebensdauer von Axialkolbenmaschinen von wesentlicher Bedeutung.
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Es sind bereits Axialkolbenmaschinen
in Schrägachsenbauweise
bekannt, bei denen die Kühlung
der Lager durch Öl
erfolgt, welches sich im Gehäuse
der Maschine befindet. Das Öl
wird dabei durch einen Pumpeneffekt weiterbefördert, der durch die Drehung
der Rollenlagerung entsteht. Ein Nachteil dieser Lösung besteht
jedoch darin, dass im wesentlichen nur das Öl umgewälzt wird, das sich in der näheren Umgebung
der Lagerung. befindet und bereits eine erhöhte Temperatur aufweist. Außerdem wurden
durch dieses Öl
vorher schon andere Innenteile der Maschine gekühlt, so dass die Viskosität bereits
verringert ist. Denn eine erhöhte Öltemperatur führt zu einer
Herabsetzung der Viskosität.
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Eine Kühleinrichtung für eine Axialkolbenmaschine
ist aus
DE 196 49
195 C1 bekannt, bei der das Arbeitsmedium von einem Niederdruckzweig
des Hauptkreises des Motors durch einen Kühlkanal geführt wird, der sich im Mittelteil
des Zylinderblocks 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 Anordnung eines Kühlkanals der Durchflussquerschnitt
erheblich eingeschränkt,
so dass der Ölmengendurchfluss
zur Kühlung
stark reduziert ist.
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Schließlich ist aus
DE 198 29 060 A1 eine Kühlung für eine Axialkolbenmaschine
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 jedoch nicht
zur Kühlung
vorgesehen, sondern lediglich zur Schmierung des Synchronisierungsgelenks.
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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.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch
eine Schrägachsenverstelleinheit
bzw. eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit den Merkmalen
gemäß Patentanspruch
1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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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 vorbeigeführt 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.
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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
198 29 060 A1 beschriebenen Ausführung der Fall ist. Die Temperaturverteilung
des Kühlmittels vom
Eintrittskühlraum, über den
Kühlmittelführungsraum
bis zum Ausgussraum ist dadurch günstig beeinflußt und weitgehend
vorherbestimmt.
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Weitere Vorteile und Merkmale der
Schrägachsenverstelleinheit
gemäß der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des im
Zusammenhang mit der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels.
Es zeigen:
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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;
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2 einen
Schnitt durch das Wechselventil und das Spüldruck-Begrenzungsventil.
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3 einen
Querschnitt des Schwenkkörpers
senkrecht zu der Zeichenebene gemäß 1;
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4 einen
Schnitt entlang A-A gemäß 3; und
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5 einen
Schnitt entlang B-B gemäß 3.
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In 1 ist
ein Gehäuse 4 der
Einheit dargestellt, innerhalb dessen ein Schwenkkörper 5 gelagert
ist. Innerhalb des Schwenkkörpers 5 befindet sich
wiederum ein Zylinderblock 10, der im Schwenkkörper 5 axial
gelagert ist. Der Schwenkkörper
weist eine oder mehrere Austrittskanäle 38 auf. 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
Zylinderblocks 10 verschiebbar gelagert sind.
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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.
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Die Arbeitsflüssigkeit gelangt von einer
Niederdrucklinie der Schrägachsenverstelleinheit
durch das Wechselventil 30 und das Spüldruck-Begrenzungsventil 31 über den
Druckkanal 32 in einen Eintrittskühlraum 34. Die Funktion
des Wechselventils 30 und des Spüldruck-Begrenzungsventils 31 wird unten
noch näher
erläutert.
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Ein zentraler Kühlkanal 35 verbindet
den Eintrittskühlraum 34 mit
dem Ausgussraum 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 weiteren
Austrittskanal 39 in den Ausgussraum 36 ein.
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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 Kühlmittelführungsraum 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.
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Der Schwenkkörper 5 hat die Form
eines Gefäßes, dessen
Kante 8 den Kühlmittelführungsraum 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 Schwenkkörpers 5 befindet
sich der schon erwähnte Austrittskanal 38,
der den Kühlmittelführungsraum 37 mit
dem Ausgussraum 36 verbindet.
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Je besser die Abdichtung des Schwenkkörpers 5 gegenüber dem
Gehäuse 4 ausgestaltet
ist, desto effektiver ist die Kühlung
der Wälzlager 2 und 3 und
des Zylinderblocks 10. Denn bei einer perfekten Abdichtung
wird der gesamte Ölmassenstrom,
der in den Kühlmittelführungsraum
gelangt, direkt an dem Zylinderblock 10 vorbeigeführt, um
erst durch den Austrittskanal 38 in den Ausgussraum 36 zu
gelangen. Außerdem
findet eine kontrollierte Strömung von
dem Eintrittskühlraum 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 Schwenkkörper 5 und
dem Gehäuse 4 vorgesehen
ist. In diesem Fall sollte jedoch der Spalt zwischen diesen Bauteilen
möglichst
gering ausgestaltet sein, z.B. durch möglichst dichtes Positionieren
der Kante 8 zu den Bogensegmenten 7 des Gehäuses 4.
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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 Eintrittskühlraum 34 teilt
sich die Durchströmung
im Verhältnis
der hydraulischen Strömungswiderstände des
zentralen Kühlkanals 35 und
des Kühlmittelführungsraumes 37 in
zwei Ölmassenströme. Hierbei
ist jedoch auch ein eventueller Pumpeneffekt der Lager zu berücksichtigen.
Im Ausgussraum 36, in dem dasselbe Druckniveau herrscht,
vereinigen sich die beiden Ölmassenströme.
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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
vorzugsweise zu einem Kühler
weiter.
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Die Ölversorgung der Maschine in
einem einzigen Hydraulikkreis ist die bevorzugte 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.
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2 zeigt
einen Querschnitt durch das Wechselventil 30 und das Spüldruck-Begrenzungsventil 31.
Der Schieber innerhalb des Wechselventils 30 wird durch
seitlich, in der 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 Leitungen ändert
sich auch die gewünschte
Drehrichtung der Axialkolbenmaschine. Bei einem solchem Wechsel wird
der Schieber innerhalb des Wechselventils 30 verschoben,
so dass der Druckkanal 33 immer mit der jeweiligen Niederdrucklinie
der Axialkolbenmaschine verbunden ist.
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Wie in 3 zu
erkennen ist, ist der Schwenkkörper 5 in
zwei symmetrische Zylindersegmente 51 und 52 unterteilt.
Diese Zylindersegmente 51 und 52 bilden eine fiktive
zylindrische Ebene 53, die den Raum schneidet, in dem die
Arbeitskolben 11 und der Zylinderblock 10 gelagert
sind.
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Es ist zu erkennen, dass in den jeweiligen Zylindersegmenten
nicht-stationäre Überführungskanäle 56a und 56b angeordnet
sind, deren oberes Ende in Durchflusskammern 54a' und 54b' münden. Diese
Durchflusskammern 54a' und 54b' überdecken sich
mit Durchflusskammern 54a und 54b in dem Gehäuse 4,
die wiederum 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.
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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.
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4 gibt
eine Schnittdarstellung entlang A-A gemäß 3, d.h.
entlang der Zylinderebene 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 Ausgleichs der auf den Schwenkkörper 5 wrikenden 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
Verbindungskanal 58a mit dem kreisförmigen Segmentkanal 57b in
Verbindung, während
die Ausgleichskammer 55b über einen entsprechenden Verbindungskanal 58b mit
dem kreisförmigen
Segmentkanal 57a verbunden ist.
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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.
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Da der Durchmesser der Zylindersegmente 51 bzw. 52 bei
der Ausführung
entsprechend der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den jeweiligen Ausführungen
aus dem Stand der Technik wesentlich kleiner ist, ist auch die Länge derjenigen
Strecke kürzer,
die jeder Punkt der fiktiven zylindrischen Ebene 53 beim
Verstellen des Schwenkkörpers 5 zurücklegen
muss. Dadurch wird es stets ermöglicht,
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 2 zu erkennen
ist, liegt die Stirnseite 21 des Wälzlagers 2 deshalb
in der Trennungsebene 45 des Gehäuses 4.
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5 zeigt
einen Schnitt entlang B-B gemäß 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
Verbindung steht. Im Boden 6 des Schwenkkörpers 5 ist
der kreisförmige
Segmentkanal 57b angeordnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der nicht-stationäre Überführungskanal 56b,
der den Segmentkanal 57b mit der Durchflusskammer 54b verbindet,
durch zwei parallel verlaufende Kanäle ausgestaltet.
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- 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
- 3
8
- Austrittskanal
- 39
- weiterer
Austrittskanal
- 40
- Öffnung
- 41,
42
- Aushöhlungen
- 44a,
44b
- stationäre Überführungskanäle
- 45
- Trennebene
des Gehäuses
- 51,
52
- Zylindersegmente
- 53
- fiktive
Zylinderebene
- 54a,
54b
- Durchflusskammern
im Gehäuse
- 54a', 54b'
- Durchflusskammern
im Schwenkkörper
- 55a,
55b
- Ausgleichskammern
- 56a,
56b
- nicht-stationäre Überführungskanäle
- 57a,
57b
- kreisförmige Segmentkanäle
- 58a,
58b
- Verbindungskanäle
- 541a,
541b
- Dichtungsfelder