DE102005058323A1

DE102005058323A1 - Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102005058323A1
Application number: DE102005058323A
Authority: DE
Inventors: Franz Forster
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2005-02-26
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2006-08-31
Also published as: US7331272B2; US20060201323A1; JP5001561B2; JP2006233972A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von kolbenförmigen Verdrängerkörpern (13), die jeweils in einem Verdrängerraum (12) längsbeweglich und über einen Wälzkörper auf einer mit huberzeugenden Axialnocken (10) versehenen Laufbahn (9) abgestützt sind. Um bei einfachem Aufbau der Axialkolbenmaschine deren Leistung zu erhöhen und den Einsatzbereich zu erweitern, ist erfindungsgemäß als Wälzkörper jeweils eine Rolle (14) vorgesehen, die sich in einer stirnseitigen, radiale und axiale Relativbewegungen der Rolle (14) zum Verdrängerkörper (13) begrenzenden Ausnehmung (A) des Verdrängerkörpers (13) befindet, wobei der Verdrängerkörper (13) als Käfig der Rolle (14) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von kolbenförmigen Verdrängerkörpern, die jeweils in einem Verdrängerraum längsbeweglich und über einen Wälzkörper auf einer mit huberzeugenden Axialnocken versehenen Laufbahn abgestützt sind.

Eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine ist z. B. aus der DE 34 31 328 A1 bekannt. Diese Axialkolbenmaschine verfügt über kugelförmige Wälzkörper, mit denen die als Kolben ausgebildeten Verdrängerkörper in einer nutförmigen Laufbahn abgestützt sind, und wird deshalb auch als „Kugelkolbenmaschine" bezeichnet. Die Axialkolbenmaschine des Standes der Technik ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt. Hierbei befinden sich die Verdrängerräume und die darin längsbeweglichen Verdrängerkörper in einer rotierenden Zylindertrommel einer Rotorbaugruppe, während die Laufbahn mit eingeprägter periodischer Hubfunktion einer Statorbaugruppe zugeordnet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei einfachem Aufbau über eine erhöhte Leistung und einen erweiterten Einsatzbereich verfügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Wälzkörper jeweils eine Rolle vorgesehen ist, die sich in einer stirnseitigen, radiale und axiale Relativbewegungen der Rolle zum Verdrängerkörper begrenzenden Ausnehmung des Verdrängerkörpers befindet, wobei der Verdrängerkörper als Käfig der Rolle ausgebildet ist.

Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, an Stelle einer Kugel, die in einer nutförmigen Kugellaufbahn abwälzt, eine wesentlich höher belastbare Rolle als Wälzkörper zu verwenden, die auf einer in Axialrichtung der Rolle ebenen Laufbahn abwälzt. Hierbei wird der Verdrängerkörper als Rollenkäfig benutzt, der – bezogen auf die Rotationsachse der Rolle – die Rolle sowohl radial als auch axial führt und dadurch insbesondere verhindert, dass die Rolle – bezogen auf die Drehachse der Maschine- nach radial außen wandert.

Im Gegensatz zur Kugel, die lediglich einen punkt- bis kreisförmigen Kontaktbereich zur Laufbahn ermöglicht, verfügt die Rolle aufgrund des linienförmigen bis elliptischen Kontaktbereichs zur Laufbahn über eine höhere Belastbarkeit, so dass die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Vergleich zur Kugelkolbenmaschine mit wesentlich höheren Drücken betrieben werden kann. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine verfügt daher über eine erhöhte Leistungsfähigkeit, was den Einsatzbereich deutlich erweitert.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Rolle als Zylinder- oder Tonnenrolle ausgebildet. Hierbei wird bewusst ein Gleitanteil der Rolle auf der Laufbahn in Kauf genommen, der bei gleich bleibender Winkelgeschwindigkeit aus den unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten längs der Rolle herrührt. Gleichwohl ist es grundsätzlich auch möglich, die Rolle als Kegelrolle auszubilden.

Als Verdrängerkörper kann ein sogenannter glatter Kolben verwendet werden, also ein Zylinderkörper (Voll- oder Hohlkolben), in dessen der Laufbahn zugewandten Stirnseite die Rolle eingebettet ist. Hierbei ist jedoch die zur Axialkraftübertragung vom Verdrängerkörper auf die Rolle zur Verfügung stehende (Rechtecks-)Fläche kleiner als die (Kreis-)Fläche, die zur Übertragung der hydraulisch erzeugten und auf die innere Stirnseite des Kolbens einwirkenden Axialkraft vorgesehen ist. Bei einer solchen Ausführung der erfindungsmäßen Axialkolbenmaschine wird der Einsatzbereich deshalb überwiegend im sogenannten Mitteldruckbereich liegen, also im Bereich von ca. 200 bis ca. 300 bar.

Sofern jedoch der Verdrängerkörper einen ersten, die Rolle halternden Kolbenabschnitt und einen zweiten, im Durchmesser kleineren, hydraulisch beaufschlagbaren Kolbenabschnitt aufweist, ist es möglich, die kraftübertragenden Flächen anzugleichen und somit die Belastung der Rolle herabsetzen. Hierbei wird angestrebt, die mit hydraulischem Druck beaufschlagte „innere" Stirnseite des Verdrängerkörpers und die „äußere" Stirnseite des Verdrängerkörpers, die der Laufbahn zugewandt ist und als Lagerfläche der Rolle dient, flächengleich auszubilden.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Kolbenabschnitte des Verdrängerkörpers unmittelbar hintereinander angeordnet. Es handelt sich also um einen leicht herstellbaren Stufenkolben.

Gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist der erste Kolbenabschnitt außerhalb des Verdrängerraums angeordnet. Der erste Kolbenabschnitt befindet sich also im Freien und es ist Platz für eine Vergrößerung des Durchmessers und damit für eine größere Rolle vorhanden. Die auf den Verdrängerkörper durch die Abstützung auf der Laufbahn über die Rolle einwirkenden Querkräfte müssen bei dieser Ausgestaltung allerdings von dem innerhalb des Verdrängerraums angeordneten zweiten Kolbenabschnitt aufgenommen werden, wobei sowohl eine Flächenpressung als auch eine erhebliche Biegebelastung des Verdrängerkörpers auftritt.

Besonders vorteilhaft ist es daher gemäß einer zweiten Ausführungsvariante, wenn der erste Kolbenabschnitt in einem ersten, zur Aufnahme von Querkräften vorgesehenen Bohrungsabschnitt des zugeordneten Verdrängerraums angeordnet ist und der zweite Kolbenabschnitt in einen zweiten, Druckmittel enthaltenden Bohrungsabschnitt des Verdrängerraums eintaucht. Hierbei übernimmt der erste Kolbenabschnitt überwiegend die Querkräfte, muss jedoch keine Dichtfunktion aufweisen. Hingegen wird der zweite Kolbenabschnitt, der dichtend im zugeordneten zweiten Bohrungsabschnitt längsbeweglich ist, nur mit Längskräften und geringeren Querkräften belastet. Durch den größeren Durchmesser des ersten Kolbenabschnitts bzw. des zugeordneten ersten Bohrungsabschnitts verringern sich die in diesem Bereich von den Querkräften hervorgerufenen Flächenpressungen oder es kann umgekehrt – bei gleich bleibender Flächenpressung – der Nockenwinkel (Steilheit der Axialnocken in Umfangsrichtung) und damit das Hubvolumen vergrößert werden, was die Leistungsfähigkeit der Axialkolbenmaschine erhöht.

Bei dieser Ausführungsvariante ist es von Vorteil, wenn der erste Bohrungsabschnitt des Verdrängerraums an einen Entlüftungskanal angeschlossen ist. Betriebsdruck herrscht daher nur im zweiten Bohrungsabschnitt des Verdrängerraums.

Eine günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass sich die Rotationsachse der Rolle zumindest beim Überstreichen des Nockenkamms der Axialnocken innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts des Verdrängerraums befindet. Der Verdrängerkörper ist dann weitgehend frei von Biegekräften, da die Querkräfte weitgehend noch innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts des Verdrängerraums eingeleitetet werden. Auch dies kann für eine Leistungssteigerung der Axialkolbenmaschine ausgenutzt werden.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist eine vom Betriebsdruck unabhängige Andrückvorrichtung zum Erzeugen einer den Verdrängerkörper in Richtung zur Laufbahn beaufschlagenden und die Rolle in Eingriff mit der Laufbahn haltenden Kraft vorgesehen. Die Andrückvorrichtung sorgt dafür, dass der Verdrängerkörper samt Rolle nicht von der Laufbahn abhebt. Zugleich wird damit auch die Funktion einer Verdrehsicherung erzielt, mit der verhindert wird, dass sich der Verdrängerkörper mit der Rolle quer zu den Axialnocken der Laufbahn verdrehen kann. Der Verdrängerkörper wird also durch die Andrückvorrichtung mit Hilfe der stets an der Laufbahn anliegenden Rolle und der Laufbahngeometrie im Verdrängerraum zentriert.

Die Andrückvorrichtung weist bevorzugt eine direkt oder indirekt auf den Verdrängerkörper einwirkende Druckfeder auf. Der Aufwand für die Andrückvorrichtung ist daher gering.

Sollte keine Andrückvorrichtung vorhanden sein oder eine vorhandene Andrückvorrichtung versagen, so ist es günstig, wenn eine Sicherungsvorrichtung zum Begrenzen einer Rotation des Verdrängerkörpers relativ zum Verdrängerraum vorgesehen ist.

Zur Realisierung einer derartigen Sicherungsvorrichtung sind vielfältige Ausgestaltungen möglich. Gemäß einer dieser Ausgestaltungen wird vorgeschlagen, dass die Sicherungsvorrichtung einen Radialstift aufweist, der in eine am Außenumfang des Verdrängerkörpers eingearbeitete Axialnut eintaucht.

Die Axialnut kann bei einer Ausführung des Verdrängerkörpers als Stufenkolben am ersten Kolbenabschnitt des Verdrängerkörpers vorgesehen sein. Gleichwohl ist es auch möglich, die Axialnut am zweiten Kolbenabschnitt vorzusehen, der in den unter Betriebsdruck stehenden zweiten Bohrungsabschnitt des Verdrängerraums eintaucht.

Denkbar ist auch eine Sicherungsvorrichtung, bei der ein exzentrisch zur Mittelachse des zweiten Kolbenabschnitts angeordneter Axalstift in die unter Druck stehende Stirnfläche des zweiten Kolbenabschnitts eintaucht.

Eine Sicherungsvorrichtung zum Begrenzen der Rotation des Verdrängerkörpers relativ zum Verdrängerraum kann auch dadurch erzielt werden, dass der zweite Kolbenabschnitt einen Versatz zum ersten Kolbenabschnitt aufweist („exzentrischer Stufenkolben") und somit ein Verdrehen des Verdrängerkörpers in dem dazu komplementären Verdrängerraum nicht möglich ist.

Bei einer Ausführung des Verdrängerkörpers, bei der der erste Kolbenabschnitt ins Freie ragt, kann der erste Kolbenabschnitt in Umfangsrichtung Kontaktbereiche aufweisen, die in Eingriff mit Kontaktbereichen der ersten Kolbenabschnitte der benachbarten Verdrängerkörper stehen und gemeinsam als Sicherungsvorrichtung zum Begrenzen einer Verdrehung des Verdrängerkörpers relativ zum Verdrängerraum zusammenwirken. Hierbei sind die ersten Kolbenabschnitte kreissektorförmig ausgebildet und hindern sich gegenseitig an einer Verdrehung.

Sofern bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Laufbahn an einer Statorbaugruppe und die Verdrängerräume in einer gegen eine gehäusefeste Steuerfläche der Statorbaugruppe axial anliegende Zylindertrommel einer Rotorbaugruppe vorgesehen sind, ergibt sich eine Bauweise nach dem Schrägscheibenprinzip.

Hierbei ist es in Kombination mit einer Verwendung von Verdrängerkörpern mit zueinander (exzentrisch) versetzten Kolbenabschnitten günstig, wennn der zweite Kolbenabschnitt und der zweite Bohrungsabschnitt in Bezug auf den ersten Kolbenabschnitt und den ersten Bohrungsabschnitt zur Drehachse der Zylindertrommel nach radial innen versetzt ist. Es ergibt sich dabei eine größere äußere Wandstärke des unter Betriebsdruck stehenden Bohrungsabschnitts des Verdrängerraums.

Radial zwischen der Zylindertrommel und einem umgebenden Maschinengehäuse kann eine Bremse angeordnet sein. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine als Motor, beispielsweise als Radmotor, kann ein damit ausgerüstetes Fahrzeug arretiert werden.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine, bei der die Laufbahn an einer Hubscheibe einer Rotorbaugruppe und die Verdrängerräume in einem Maschinengehäuse einer Statorbaugruppe vorgesehen sind, ergibt sich im Prinzip eine Taumelscheibenbauweise, bei der die Hubscheibe rotiert.

Hierbei ist zweckmäßigerweise eine drehsynchron mit einer Triebwelle der Rotorbaugruppe rotierende Steuerscheibe vorgesehen, die in einer mit der Triebwelle verbundenen Steuerscheibenaufnahme axial beweglich angeordnet ist und gegen eine Fläche der Statorbaugruppe anliegt.

Radial zwischen der Steuerscheibenaufnahme und dem Maschinengehäuse kann eine Bremse angeordnet sein.

Alternativ dazu ist es auch möglich, dass radial zwischen der Triebwelle und dem Maschinengehäuse eine Bremse angeordnet ist.

Die von der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine übertragbare Leistung erfordert insbesondere von Bremsen, die auf einem relativ kleinen Durchmesser angeordnet sind, hohe Bremsmomente. Bei den in der Regel verwendeten (nass laufenden) Lamellenbremsen ist das aufbringbare Bremsmoment auch von der Zahl der Bremslamellen abhängig, wobei jedoch oberhalb einer bestimmten Lamellenzahl, z. B. 8–10, das Bremsmoment nicht mehr in dem Maße ansteigt, wie die zum Zusammendrücken der Lamellen erforderliche Betätigungskraft.

Um ein hohes Bremsmoment aufbringen zu können, ist es bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine daher günstig, wenn – unabhängig von der räumlichen Anordnung der Bremse und vom Bauprinzip der Axialkolbenmaschine – die Bremse als Lamellenbremse, insbesondere Federspeicher-Lamellenbremse ausgebildet ist und aus mindestens zwei unabhängigen Bremsgruppen besteht.

Sofern die Rotorbaugruppe ein Differentialgetriebe aufweist, kann die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine direkt in eine Antriebsachse eingebaut werden, was den Einsatzbereich dieser leistungsfähigen Maschine erweitert.

Weiterhin erweist es sich als günstig, wenn die Rotorbaugruppe mit der Rotorbaugruppe einer zweiten, in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten Axialkolbenmaschine drehsynchron gekoppelt ist, die im Hubvolumen verstellbar und hydraulisch parallel geschaltet ist. Dadurch können die Förder- bzw. Schluckvolumina der beiden Axialkolbenmaschinen addiert oder subtrahiert werden, um beispielsweise bei Verwendung als Motoreinheit die Abtriebsdrehzahl zu verändern. Durch die somit mögliche Sekundärregelung kann das Fördervolumen einer die Motoreinheit speisenden Pumpe verkleinert werden.

Im Hinblick auf kompakte Abmessungen und eine einfache Bauweise ist dabei eine Weiterbildung günstig, gemäß der die Hubscheiben der beiden, eine Baueinheit bildenden Axialkolbenmaschinen an entgegengesetzten Enden der Baueinheit angeordnet sind, wobei sich zwischen den beiden Axialkolbenmaschinen ein gemeinsamer Steuerflansch befindet
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
3 zwei Teilschnitte eines Verdrängerkörpers und eine Draufsicht darauf,
4 zwei Teilschnitte durch eine erste Variante eines Verdrängerkörpers,
5 zwei Teilschnitte durch eine zweite Variante eines Verdrängerkörpers,
6 zwei Teilschnitte durch eine dritte Variante eines Verdrängerkörpers,
7 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
8 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
9 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine und
10 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
Die in 1 dargestellte und in Schrägscheibenbauweise ausgebildete mehrhubige Axialkolbenmaschine ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Radmotor vorgesehen und verfügt über eine Triebwelle 1, auf der eine Zylindertrommel 2 abgestützt ist. Die Triebwelle 1 und die Zylindertrommel 2 sind Teil einer Rotorbaugruppe.
Die Zylindertrommel 2 rotiert innerhalb eines Maschinengehäuses 3 drehsynchron mit der Triebwelle 1 und liegt gegen eine gehäusefeste Steuerfläche 4 an, die an einem Steuerflansch 5 vorgesehen ist. In dem Steuerflansch 5, der auch als Abschluss des Maschinengehäuses 3 dient, befinden sich Anschlussbohrungen 6 und 7 zur Zufuhr und Abfuhr von Drucköl. Ferner stellt der Steuerflansch 5 eines von zwei Lagerschilden der Lagerung der Triebwelle 1 und damit der Zylindertrommel 2 dar.
Ein zweites Lagerschild wird von einem Gehäusedeckel 8 gebildet, durch den die Triebwelle 1 hindurchgeführt ist. An dem Gehäusedeckel 8 ist an der Innenseite eine Hubscheibe 9 befestigt, die mit mehreren, am Umfang verteilten Axialnocken 10 versehen ist. Die Axialnocken 10 sind Teil einer der Hubscheibe 9 eingeprägten, sinusförmigen oder aus der Sinusform abgeleiteten Funktion, die in einer Laufbahn 11 verkörpert ist (Hubkurve). Das Maschinengehäuse 3, der Steuerflansch 5 und der Gehäusedeckel 8 samt Hubscheibe 9 sind Teil einer Statorbaugruppe.
Die Zylindertrommel 2 ist mit am Umfang verteilten, konzentrisch zur Drehachse D der Triebwelle 1 angeordneten Verdrängerräumen 12 versehen, in denen jeweils ein kolbenförmiger Verdrängerkörper 13 längsverschieblich ist. Jeder Verdrängerkörper 13 ist erfindungsgemäß über eine Rolle 14, die hier als Zylinderrolle ausgebildet ist, auf der Laufbahn 11 der Hubscheibe 9 abgestützt. Die Rolle 14 befindet sich in einer stirnseitigen Ausnehmung A des Verdrängerkörpers 13. Hierbei übernimmt die Ausnehmung A des Verdrängerkörpers 13 die Funktion eines Käfigs für die Rolle 14 und begrenzt im Rahmen der Fertigungstoleranzen deren Bewegungen in radialer und axialer Richtung.
In der 2 ist die Ausnehmung A nach beiden Richtungen (axial und radial) durch Seitenwände begrenzt. Es ist jedoch auch möglich, die – bezogen auf die Drehachse D der Axialkolbenmaschine – radial innere Wand aus Fertigungsgründen ganz oder teilweise wegzulassen und zur Sicherung der Rolle 14 einen Stift oder eine andere geeignete Führungseinrichtung vorzusehen.
Die Verdrängerkörper 13 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Stufenkolben mit einem ersten Kolbenabschnitt 13a und einem daran anschließenden zweiten Kolbenabschnitt 13b kleineren Durchmessers ausgebildet. Analog dazu ist der Verdrängerraum 12 als Stufenbohrung ausgebildet und verfügt über einen ersten Bohrungsabschnitt 12a, in dem sich der erste Kolbenabschnitt 13a des Verdrängerkörpers 13 befindet, und einen daran anschließenden zweiten Bohrungsabschnitt 12a mit kleinerem Durchmesser, in dem sich der zweite Kolbenabschnitt 13b des Verdrängerkörpers 13 befindet.
Die Ausbildung des Verdrängerkörpers 13 als Stufenkolben hat zunächst den Effekt, dass das Flächenverhältnis zwischen der innerhalb des Verdrängerraums 12 mit Drucköl beaufschlagten Stirnseite (Kreis- oder Kreisringfläche) des Verdrängerkörpers 13 zu der als Lagerfläche für die Rolle 14 vorgesehene Fläche (Rechteckfläche) an der entgegengesetzten Stirnseite des Verdrängerkörpers innerhalb der vorhandenen Platzverhältnisse relativ frei gewählt werden kann. Es ist daher möglich, Flächengleichheit zu erzielen oder die Rolle 14 durch Wahl einer größeren Lagerfläche zu entlasten.
In Kombination mit einer Stufenbohrung als Verdrängerraum 12 wird erzielt, dass die von der Rolle 14 in den ersten Kolbenabschnitt 13a des Verdrängerkörpers 13 eingeleiteten Querkräfte weitgehend im Bereich des ersten Bohrungsabschnitts 12a des Verdrängerraums 12 aufgenommen werden und somit der zweite Kolbenabschnitt 13b und der zweite Bohrungsabschnitt 12b mit geringeren Querkräften belastet sind und überwiegend eine Dichtfunktion übernehmen. Zur Verbesserung der Dichtfunktion ist der zweite Kolbenabschnitt 13b mit einem Kolbenring 15 versehen.
Durch die Abstufung des Verdrängerkörpers 13 und des Verdrängerraums 12 ist zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt 12a und dem zweiten Kolbenabschnitt 13b ein Ringraum RR gebildet. Ein Entlüftungskanal 16 im ersten Bohrungsabschnitt 12a sorgt dafür, dass der Druck im Ringraum RR weitgehend dem Druck im Inneren des Maschinengehäuses entspricht. Im Ringraum RR entsteht bei einer Hubbewegung des Verdrängerkörpers 13 in Bezug auf den Druck im Gehäuseinneren daher weder ein Unterdruck noch ein Überdruck. Es wird lediglich ein Ölstrom erzeugt, der in den Ringraum RR hinein oder aus dem Ringraum RR heraus fließt.
Da sich bei der dargestellten erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Rotationsachse R der Rolle 14 bei eingetauchtem Verdrängerkörper 13 innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts 12a befindet, tritt in diesem Betriebszustand nur eine geringe Biegebelastung des ersten Kolbenabschnitts 13a des Verdrängerkörpers 13 auf. Demnach wird der erste Kolbenabschnitt 13a des Verdrängerkörpers 13 (ebenso wie der erste Bohrungsabschnitt 12a des Verdrängerraums) überwiegend auf Flächenpressung beansprucht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der zweite Kolbenabschnitt 13b des Verdrängerkörpers 13 zum ersten Kolbenabschnitt 13a einen Versatz e auf. Durch diese Maßnahme wird erzielt, dass der Verdrängerkörper 13 gegen Verdrehung relativ zum Verdrängerraum 12 gesichert ist. Es wird somit verhindert, dass sich die Rolle bei einem (unerwünschten) Abheben von der Laufbahn 11 querstellt und beim Wiederauftreffen auf die Laufbahn 11 diese und sich selbst zerstört.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, dass der Versetz e zur Drehachse D der Triebwelle 1 hin erfolgt, so dass die äußere Wandstärke der Zylindertrommel 2 nicht verringert sondern vergrößert wird.
Die Rolle 14 ist durch einen Längskanal L, der in der mit Drucköl beaufschlagbaren Stirnseite des Verdrängerkörpers 13 mündet, hydrostatisch entlastet, um eine möglichst reibungsarme Wälzbewegung innerhalb der Aufnahme A zu erzielen. Bei ge ringer Belastung der Rolle ist es aber auch möglich, auf eine solche hydrostatische Entlastung zu verzichten.
Radial zwischen der Zylindertrommel 2 und dem Maschinengehäuse 3 befindet sich eine Bremse 17, die bevorzugt als hydraulisch lösbare Federspeicher-Lamellenbremse ausgeführt ist. Mit Hilfe der Bremse 17 kann ein Fahrzeug, das mit erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschinen als Radmotoren ausgerüstet ist, arretiert werden.
Die in 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist nach dem Taumelscheibenprinzip aufgebaut. Hierbei ist die Hubscheibe 9 mit der Triebwelle 1 drehsynchron verbunden und ist zusammen mit dieser Teil der Rotorbaugruppe. Hingegen sind die Verdrängerräume 12 in das Maschinengehäuse 3 eingearbeitet und damit Teil der Statorbaugruppe. Auch hier werden – wie bei der mehrhubigen Axialkolbenmaschine nach 1 – in bekannter Weise durch Beaufschlagung der in den Verdrängerräumen 12 längsbeweglichen Verdrängerkörper 13 mit unter Betriebsdruck stehendem Drucköl Hubbwegungen der Verdrängerkörper 13 erzeugt, was zu einer Drehbewegung der Rotorbaugruppe relativ zur Statorbaugruppe führt (Motorbetrieb).
Umgekehrt können durch eine Drehbewegung der Rotorbaugruppe relativ zur Statorbaugruppe Hübe der Verdrängerkörper 13 in den Verdrängerräumen 12 erzeugt und dadurch Drucköl verdrängt werden (Pumpenbetrieb).
Eine mit der Triebwelle 1 drehsynchron verbundene Steuerscheibenaufnahme 18 trägt eine Steuerscheibe 19, die gegen eine Fläche 20 am Maschinengehäuse 3 anliegt, in der Kanäle münden, die an die Verdrängerräume 12 angeschlossen sind. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten Axialkolbenmaschine rotiert hier also die (an der Steuerscheibe 19 angeformte) Steuerfläche mit der Triebwelle 1. Zweckmäßigerweise ist die Steuerscheibe 19 axial beweglich und in Richtung zur Fläche 20 mit Federkraft beaufschlagt, um ein automatisches Nachstellen bei Verschleiss zu ermöglichen.
Die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 radial zwischen der Zylindertrommel 2 und dem Maschinengehäuse 3 angeordnete Bremse 7 befindet sich bei dem Aus führungsbeispiel gemäß 2 radial zwischen der Steuerscheibenaufnahme 18 und dem Maschinengehäuse 3.
Bei dem in 3 dargestellten Verdrängerkörper 13 ist der erste Kolbenabschnitt 13a außerhalb des Verdrängerraums 12 angeordnet. Der Verdrängerraum 12 ist daher als einfache Bohrung ausgebildet, also nicht als Stufenbohrung. Um ein Verdrehen der Verdrängerkörper 13 in den Verdrängerräumen 12 zu verhindern, ist der erste Kolbenabschnitt 13a jedes Verdrängerkörpers 13 – in der Draufsicht gesehen – als Kreissektor ausgeformt. Hierbei liegen die ersten Kolbenabschnitte 13a der Verdrängerkörper 13 in Umfangsrichtung mit Kontaktbereichen K aneinander an und hindern sich gegenseitig am Verdrehen in den Verdrängerräumen 12.
Der 3 ist auch entnehmbar, dass die Rolle 14 in der Ausnehmung A des ersten Kolbenabschnitts jeweils durch den Rollenäquator übergreifende Abschnitte B gehaltert sind, die beispielsweise durch Bördeln in Eingriffsposition gebracht werden. Aus Fertigungsgründen ist die – in Bezug auf die Drehachse D der Axialkolbenmaschine – radial innere Wand der Ausnehmung A etwas kürzer.
Bei dem in 4 dargestellten Verdrängerkörper 13 ist dieser als sogenannter „glatter" (Hohl-)Kolben ausgebildet. Demzufolge ist der Verdrängerraum 12 eine durchgehende („glatte") Bohrung, also keine Stufenbohrung. Der kolbenförmige Verdrängerkörper 13 ist durch eine als Andrückvorrichtung wirkende Druckfeder 21 in Richtung zur Laufbahn 11 vorgespannt. Dadurch liegen die Rolle 14 und der Verdrängerkörper 13 stets an der Laufbahn 11 an. Ein Abheben wird damit verhindert. Zugleich zentriert diese Andrückvorrichtung den Verdrängerkörper 13 innerhalb des Verdrängerraums 12, begrenzt also eine Verdrehung.
Der in 5 dargestellte Verdrängerkörper 13 ist als Vollkolben ausgebildet, der am Außenumfang mit einer Axialnut N versehen ist, in die ein Radialstift S eingreift. Die Axialnut N bildet zusammen mit Axialstift S eine Sicherungsvorrichtung, mit der eine Verdrehung des Verdrängerkörpers 13 relativ zum Verdrängerraum 12 begrenzt wird.
Bei dem Verdrängerkörper 13 gemäß 6, der als Stufenkolben ausgebildet ist, befindet sich die Axialnut N im Bereich des ersten Kolbenabschnitts 13a und der Radialstift S im Bereich des ersten Bohrungsabschnitts 12a des gestuften Ver drängerraums 12. Selbstverständlich können auch die in den 1, 2, 5 und 6 dargestellten Sicherungsvorrichtungen gegen Verdrehung zusätzlich mit einer Andrückvorrichtung versehen sein, wie sie beispielsweise in 4 gezeigt ist.
In 7 ist eine Abwandlung der in 2 dargestellten Axialkolbenmaschine gezeigt. Hierbei ist die Bremse 17 radial zwischen der Triebwelle 1 und dem Maschinengehäuse 3 angeordnet und in zwei unabhängige Bremsgruppen 17a und 17b aufgeteilt, die beide als hydraulisch lösbare Federspeicher-Lamellenbremsen ausgebildet sind und bevorzugt jeweils nicht mehr als 8–10 Lamellen aufweisen.
Bei den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine nach den 8 und 9, die sich insbesondere für den Einsatz in einer Antriebsachse eignen, ist in die Rotorbaugruppe jeweils ein Differentialgetriebe 22 integriert, das z. B. als Kegelrad-Differentialgetriebe ausgebildet sein kann. Hierbei befindet sich das Differentialgetriebe 22 radial und axial innerhalb der Zylindertrommel 2 der nach dem Schrägscheibenprinzip ausgeführten Axialkolbenmaschine (siehe 8). Sofern die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine nach dem Taumelscheibenprinzip ausgeführt ist, also eine rotierende Hubscheibe 9 aufweist (siehe 9), kann – wie dargestellt- die Hubscheibe 9 die Funktion einer Hälfte eines Differentialkorbs übernehmen oder auf andere geeignete Art und Weise mit dem Differentialgetriebe 22 in Antriebsverbindung stehen.
In jedem Fall werden aus der Axialmaschine beiderseits zwei Abtriebswellen 23 und 24 herausgeführt, wobei in der Axialkolbenmaschine gemäß 9 eine der Abtriebswellen 23 durch eine hohl ausgebildete Steuerwelle 25 hindurch geführt wird.
Selbstverständlich kann auch bei der in 8 und 9 dargestellten Axialkolbenmaschine jeweils eine Bremse vorgesehen sein, wie bereits im Prinzip zu den 1, 2 und 7 beschrieben.
Bei der in 10 dargestellten Axialkolbenmaschine, die im Prinzip der in 1 daregstellten Maschine entspricht (Schrägscheibenbauweise), ist die Triebwelle 1 und somit die Rotorbaugruppe mit einer Triebwelle 26 einer zweiten Axialkolbenmaschine drehsynchron gekoppelt. Die zweite Axialkolbenmaschine ist als verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgeführt und zur ersten Axialkolben maschine hydraulisch parallel geschaltet. Mit der Triebwelle 26 rotiert eine Zylindertrommel 27, die gegen einen gemeinsamen Steuerflansch 5 der beiden Axialkolbenmaschinen anliegt. An dem zur Hubscheibe 9 entgegengesetzten axialen Ende der aus den beiden Axialkolbenmaschinen gebildeten Baueinheit befindet sich eine verschwenkbare Hubscheibe 28 der zweiten Axialkolbenmaschine.
Durch Verschwenken der Hubscheibe 28 wird das Förder- bzw. Schluckvolumen der verstellbaren Axialkolbenmaschine verändert und somit auch das Gesamtförder- bzw. Gesamtschluckvolumen der aus beiden Axialkolbenmaschinen bestehenden Baueinheit. Bei Verwendung der Baueinheit als Motor ist dadurch die Abtriebsdrehzahl und das Abtriebsdrehmoment variabel. Durch die somit mögliche Sekundärregelung kann das Fördervolumen einer den Motor speisenden Pumpe verkleinert werden.

Claims

Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Mehrzahl von kolbenförmigen Verdrängerkörpern, die jeweils in einem Verdrängerraum längsbeweglich und über einen Wälzkörper auf einer mit huberzeugenden Axialnocken versehenen Laufbahn abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Wälzkörper jeweils eine Rolle (14) vorgesehen ist, die sich in einer stirnseitigen, radiale und axiale Relativbewegungen der Rolle (14) zum Verdrängerkörper (13) begrenzenden Ausnehmung (A) des Verdrängerkörpers (13) befindet, wobei der Verdrängerkörper (13) als Käfig der Rolle (14) ausgebildet ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (14) als Zylinder- oder Tonnenrolle ausgebildet ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängerkörper (13) einen ersten, die Rolle (14) halternden Kolbenabschnitt (13a) und einen zweiten, im Durchmesser kleineren, hydraulisch beaufschlagbaren Kolbenabschnitt (13b) aufweist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenabschnitte (13a, 13b) des Verdrängerkörpers (13) unmittelbar hintereinander angeordnet sind.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenabschnitt (13a) in einem ersten, zur Aufnahme von Querkräften vorgesehenen Bohrungsabschnitt (12a) des zugeordneten Verdrängerraums (12) angeordnet ist und der zweite Kolbenabschnitt (13b) in einen zweiten, Druckmittel enthaltenden Bohrungsabschnitt (12b) des Verdrängerraums (12) eintaucht.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bohrungsabschnitt (12a) des Verdrängerraums (12) an einen Entlüftungskanal angeschlossen ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rotationsachse (R) der Rolle (14) zumindest bei Anlage am Nockenkamm der Axialnocken (10) innerhalb des ersten Bohrungsabschnitts (12a) des Verdrängerraums (12) befindet.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenabschnitt (13a) außerhalb des Verdrängerraums (12) angeordnet ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Betriebsdruck unabhängige Andruckvorrichtung (Druckfeder 21) zum Erzeugen einer den Verdrängerkörper (13) in Richtung zur Laufbahn (11) beaufschlagenden und die Rolle (14) in Eingriff mit der Laufbahn (11) haltenden Kraft vorgesehen ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrückvorrichtung eine direkt oder indirekt auf den Verdrängerkörper (13) einwirkende Druckfeder (21) aufweist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenbmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sicherungsvorrichtung zum Begrenzen einer Rotation des Verdrängerkörpers (13) relativ zum Verdrängerraum (12) vorgesehen ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung einen Radialstift (S) aufweist, der in eine am Außenumfang des Verdrängerkörpers (13) eingearbeitete Axialnut (N) eintaucht.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialnut (N) am ersten Kolbenabschnitt (13a) des Verdrängerkörpers (13) vorgesehen ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenabschnitt (13b) einen Versatz (e) zum ersten Kolbenabschnitt (13a) aufweist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kolbenabschnitt (13a) in Umfangsrichtung Kontaktbereiche (K) aufweist, die in Eingriff mit Kontaktbereichen (K) der ersten Kolbenabschnitte (13a) der benachbarten Verdrängerkörper (13) stehen und gemeinsam als Sicherungsvorrichtung zum Begrenzen einer Verdrehung des Verdrängerkörpers (13) relativ zum Verdrängerraum (12) zusammenwirken.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (11) an einer Statorbaugruppe und die Verdrängerräume (12) in einer gegen eine gehäusefeste Steuerfläche (4) der Statorbaugruppe axial anliegende Zylindertrommel (2) einer Rotorbaugruppe vorgesehen sind.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschnie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kolbenabschnitt (13b) und der zweite Bohrungsabschnitt (12b) in Bezug auf den ersten Kolbenabschnitt (13a) und den ersten Bohrungsabschnitt (12a) zur Drehachse (D) der Zylindertrommel (2) nach radial innen versetzt ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen der Zylindertrommel (2) und einem umgebenden Maschinengehäuse (3) eine Bremse (17) angeordnet ist.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahn (11) an einer Hubscheibe (9) einer Rotorbaugruppe und die Verdrängerräume (12) in einem Maschinengehäuse (3) einer Statorbaugruppe vorgesehen sind.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine drehsynchron mit einer Triebwelle (1) der Rotorbaugruppe rotierende Steuerscheibe (19) vorgesehen ist, die in einer mit der Triebwelle (1) verbundenen Steuerscheibenaufnahme (18) axial beweglich angeordnet ist und gegen eine Fläche (20) der Statorbaugruppe anliegt.
Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen der Steuerscheibenaufnahme (18) und dem Maschinengehäuse (3) eine Bremse (17) angeordnet ist.
Mehrhubige Axialkolbenmaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass radial zwischen der Triebwelle (1) und dem Maschinengehäuse (3) eine Bremse (17) angeordnet ist.
Mehrhubige Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 18, 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse (17) als Lamellenbremse, insbesondere Federspeicher-Lamellenbremse ausgebildet ist und aus mindestens zwei unabhängigen Bremsgruppen (17a, 17b) besteht.
Mehrhubige Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbaugruppe ein Differentialgetriebe (22) aufweist.
Mehrhubige Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbaugruppe mit der Rotorbaugruppe einer zweiten, in Schrägscheibenbauweise ausgebildeten Axialkolbenmaschine drehsynchron gekoppelt ist, die im Hubvolumen verstellbar und hydraulisch parallel geschaltet ist.
Mehrhubige Axialkolbenmaschine nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubscheiben (9, 28) der beiden, eine Baueinheit bildenden Axialkolbenmaschinen an entgegengesetzten Enden der Baueinheit angeordnet sind, wobei sich zwischen den beiden Axialkolbenmaschinen ein gemeinsamer Steuerflansch (5) befindet.