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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige, beispielsweise aus der WO 2004/055369 A1 bekannte Axialkolbenmaschine
der Anmelderin hat zwei etwa in Axialrichtung entgegengesetzt zueinander
gerichtete Kolbenreihen, die mit jeweils einer an einer Schrägscheibe
stirnseitig abgestützten
Zylindertrommel in Wirkverbindung stehen. Die Kolbenreihen haben
jeweils eine Vielzahl von Kolben, die jeweils in einer Zylinderhülse der
Zylindertrommeln geführt
sind. Die Kolben sind mit einer Welle verbunden, die je nach Ausführung der
Axialkolbenmaschine als Antriebs- oder Abtriebswelle wirkt. Aufgrund
der Schrägstellung
der Zylindertrommeln kommt es bei der Rotation der Kolben um die Wellenachse
und einer entsprechenden Taumelbewegung der Zylindertrommeln zu
einer Transversalbewegung zwischen den Kolben und den Zylindertrommeln,
die dadurch ausgeglichen wird, dass die Zylinderhülsen jeweils
mittels eines Gelenks schwenkbar an den Zylindertrommeln gelagert
sind.
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Die
Gelenke weisen jeweils einen Gelenkbolzen auf, der in einen Durchbruch
der Zylindertrommeln eingesetzt ist und einen balligen Kopf hat,
mit dem er in die jeweilige Zylinderhülse eintaucht, wobei an seinem
balligen Kopf eine an einer Innenumfangswandung der Zylinderhülse anliegende
Dichtung ausgebildet ist. Weiterhin weist jede Zylinderhülse eine
ballige fußseitige
Stützringfläche auf,
mit der sie sich an der Zylindertrommel stirnseitig abstützt. Nachteilig
an dieser Lösung
ist, dass die Ausbildung der Gelenkbolzen sowie die Ausbildung der
balligen Stützringflächen der
Zylinderhülsen
einen hohen fertigungstechnischen Aufwand erfordert.
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Demgegenüber liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine zu
schaffen, die einen Ausgleich transversaler Bewegungen mit minimalem
fertigungstechnischen Aufwand erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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Eine
erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
hat zumindest eine Schrägscheibe,
an der eine Zylindertrommel abgestützt ist. Die Zylindertrommel weist
eine Vielzahl von schwenkbar gelagerten Zylinderhülsen auf,
die auf einer Stirnfläche
eines Trommelbodens der Zylindertrommel abgestützt sind und in denen Kolben
geführt
sind, die mit einer Welle in Wirkverbindung stehen und dessen Drehachse
zur Drehachse der Zylindertrommel angestellt ist. Erfindungsgemäß weist
die Stirnfläche
eine Vielzahl von balligen Vorsprüngen auf, auf denen jeweils
eine Zylinderhülse
mit ihrem Fuß abgestützt ist.
Diese Lösung
hat den Vorteil, dass auf den vorbeschriebenen Gelenkbolzen verzichtet
werden kann. Weiterhin entfällt
die vorbeschriebene ballige Ausbildung einer fußseitigen Stützringfläche der
Zylinderhülsen,
so dass die erfindungsgemäße schwenkbare
Lagerung der Zylinderhülsen
mit einem minimalen fertigungstechnischen Aufwand zu realisieren
ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
tauchen die balligen Vorsprünge
abschnittsweise in die Zylinderhülsen
ein. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Zylinderhülsen von
der Stirnfläche
beabstandet sind, so dass die Zylinderhülsen bei einer Transversalbewegung
nicht auf diese Fläche
auflaufen.
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Die
Zylinderhülsen
sind insbesondere über eine
Innenumfangskante dichtend auf den balligen Vorsprüngen abgestützt.
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Bevorzugterweise
sind die Zylinderhülsen gegen
die balligen Vorsprünge
vorgespannt, so dass auf zusätzliche
Dichtelemente zwischen den Zylinderhülsen und den balligen Vorsprüngen verzichtet werden
kann.
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Bei
einer Ausführungsform
begrenzen die balligen Vorsprünge
zumindest abschnittsweise mit ihren Oberflächen Zylinderräume der
Zylinderhülsen. Zur
Herstellung eine Druckmittelverbindung zwischen den Zylinderräumen und
einem Saug- bzw. Druckanschluss der Axialkolbenmaschine können die
balligen Vorsprünge
jeweils eine zum Zylinderraum hin offene Bohrung aufweisen, die
in einen Durchbruch des Trommelbodens mündet, der in Überdeckung
mit Steuernieren der Schrägscheiben bringbar
ist.
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Die
balligen Vorsprünge
können
einteilig mit dem Trommelboden ausgebildet sein oder in Aufnahmen
der Zylindertrommeln eingesetzte, insbesondere eingepresste, Kugelkopfelemente.
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Die
Kolben können
jeweils einen zum Zylinderraum hin offenen Kolbenraum aufweisen,
so dass sich die Kolben bei einem Verdichtungshub radial auf weiten
können.
In die Kolbenräume
kann jeweils zur Kompressions- bzw. Totvolumensreduzierung ein Einsatz
eingesetzt sein, der bei einem Verdichtungshub der Kolben eine radiale
Aufweitung der Kolben erlaubt.
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Sonstige
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand
schematischer Darstellungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
und
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2 eine
Detaildarstellung der Ausführungsform
aus 1.
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1 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 2,
die sowohl als Hydromotor als auch als Pumpe betrieben werden kann.
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Die
Axialkolbenmaschine 2 hat ein gestrichelt angedeutetes
Gehäuse 4,
an dem ein nicht dargestellter Sauganschluss und ein nicht dargestellter Druckanschluss
ausgebildet sind. Das Gehäuse 4 ist mehrteilig
ausgebildet und hat zwei Deckel 6, 8, zwischen
denen ein gestrichelt angedeutetes, hülsenartiges Mittelteil 10 zur
Begrenzung eines Innenraums 12 eingespannt ist. Der Innenraum 12 wird
von einer Antriebswelle 14 durchsetzt, die über ein
Wälzlager 16,
das in eine Innenbohrung 18 des Deckels 6 eingesetzt
ist, und durch ein Wälzlager 20,
das sich in einer Innenbohrung 22 des Deckels 8 befindet,
in dem Gehäuse 4 gelagert
ist. Ein aus dem Gehäuse 4 vorstehender
freier Endabschnitt der Antriebswelle 14 ist mit einem
nicht dargestellten Antriebsmotor verbindbar.
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In
dem Innenraum 12 sind an den Deckeln 6, 8 drehfest
oder verstellbar zwei Schrägscheiben 24, 26 mit
jeweils einer schräg
zur Wellenachse W der Antriebswelle 14 verlaufenden Stützfläche 28, 30 angeordnet.
An den Stützflächen 28, 30 ist
jeweils eine auf der Antriebswelle 14 gelagerte Zylindertrommel 32, 34 abgestützt. Die
Zylindertrommeln 32, 34 haben jeweils eine Vielzahl
von Zylinderhülsen 36, 38, in
die jeweils ein Kolben 40, 42 einer Kolbenreihe
eintaucht, die stirnseitig an einem radial vorspringenden Antriebsflansch 44 der
Antriebswelle 14 ausgebildet sind. Gemäß 1 sind die
Schrägscheiben 24, 26 symmetrisch
zur in 1 vertikal verlaufenden Mittelebene M angeordnet,
wobei die Stützflächen 28, 30 jeweils
zur Mittelebene M schräg
angestellt sind.
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Die
Zylindertrommeln 32, 34 sind schwenkbar an der
Antriebswelle 14 gelagert, so dass aufgrund ihrer Schrägstellung
während
einer Rotation der Antriebswelle 14 eine Taumelbewegung
bewirkt wird. Dabei werden die Zylindertrommeln 32, 34 jeweils über zwei
an einem Mantelteil 46, 48 der Zylindertrommeln 32, 34 angreifende
Mitnehmerstifte 50, 51 bzw. 52, 53 in
Drehrichtung mitgenommen, die jeweils in eine einen kugeligen Lagerabschnitt 54, 56 der
Antriebswelle 14 durchsetzende Querbohrung 58, 60 abschnittsweise
eingesetzt sind.
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Die
Zylindertrommeln 32, 34 stützen sich jeweils über einen
Trommelboden 62, 63 an der jeweiligen Stützfläche 28, 30 ab,
wobei sie mittels einer Spannfeder 64, 65, die
sich zwischen jeweils einem auf dem Lagerabschnitt 54, 56 verschwenkbaren Stützring 66, 67 und
einem in einer inneren Umfangsnut 68, 69 des Trommelbodens 62, 63 aufgenommenen
Sicherungsring 70, 71 erstreckt, gegen die jeweilige
Stützfläche 28, 30 vorgespannt
sind. Weitere Einzelheiten der Axialkolbenmaschine 2 werden
anhand der Detaildarstellung der Zylindertrommel 34 in 2 erläutert.
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Die
Zylinderhülsen 36, 38 haben
jeweils eine Zylinderbohrung 72, in die jeweils ein Kolben 40, 42 eintaucht
und die fußseitig
radial zurückgestuft
ist, so dass eine sich radial nach innen erstreckende Schulter 74 gebildet
ist. Die Zylinderhülsen 36, 38 sind
jeweils an einer von der Stützfläche 28, 30 abgewandten
Ringstirnfläche 76 des
Trommelbodens 62, 63 verschwenkbar gelagert, wobei
sie sich jeweils mit einer Innenumfangskante 78 der Schulter 74 auf
einer Oberfläche 80 eines
balligen Vorsprungs 82 abstützen, der an der Ringstirnfläche 76 ausgebildet
ist. Die Zylinderhülsen 36, 38 sind über eine
Feder 83, die sich am Antriebsflansch 44 abstützt und
stirnseitig an ihnen angreift, gegen die balligen Vorsprünge 82 vorgespannt
und auf diesen derart abgestützt,
dass sie von der Ringstirnfläche 76 beabstandet
sind, so dass die Zylinderhülsen 36, 38 bei
einer Transversalbewegung nicht auf die Ringstirnfläche 76 auflaufen
und von den balligen Vorsprüngen 82 abgehoben
werden.
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Die
balligen Vorsprünge 82 tauchen
zumindest abschnittsweise in die Zylinderbohrung 72 der Zylinderhülsen 36, 38 ein
und begrenzen dabei jeweils mit ihrer Oberfläche 80 einen Zylinderraum 73. Sie
können,
wie dargestellt, einteilig als kuppelartige Erhebungen des Trommelbodens 62, 63 ausgebildet sein
oder zum Beispiel als Kugelkopfelemente, die in entsprechende Aufnahmen
des Trommelbodens 62, 63 eingesetzt, insbesondere
eingepresst, sind. Die balligen Vorsprünge 82 sind jeweils
von einer zum Zylinderraum 73 hin offenen Bohrung 84 durchsetzt, die
jeweils in einen Durchbruch des Trommelbodens 62 mündet, so
dass, wie dargestellt, die Bohrung 84 durch den Trommelboden 62 verlängert erscheint und
jeweils mit nicht dargestellten Steuernieren der Schrägscheiben 28, 30 in Überdeckung
bringbar ist, so dass in Abhängigkeit
von der Drehposition (innerer, äußerer Totpunkt)
der Zylindertrommel 36, 38 eine Verbindung mit
dem Saug- oder dem Druckanschluss hergestellt wird um Druckmittel
in den Zylinderraum 73 nachzusaugen oder mit Hochdruck
beaufschlagtes Druckmittel zu einem Verbraucher zu leiten.
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Die
Kolben 40, 42 haben eine im Wesentlichen kegelige
Gestalt und bilden jeweils voneinander abgewandte Endabschnitte
eines Doppelkolbens 86, der mit einem Mittelabschnitt 88 in
eine Innengewindedurchgangsbohrung 90 des Antriebsflansches 44 eingeschraubt
ist. Die Einschraubtiefe des Mittelabschnittes 88 wird über eine
Radialschulter 92 des Doppelkolbens 86 begrenzt,
die in Endstellung mit einer Schulterfläche 94 stirnseitig
an dem Antriebsflansch 44 anliegt.
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Die
Kolben 40, 42 haben jeweils einen sich von dem
Mittelabschnitt 88 erstreckenden Schaft 96, der
in einen kegeligen Kolbenkopf 98 übergeht, der in die Zylinderbohrung 72 eintaucht
und dichtend an einer Innenumfangswandung 100 der Zylinderhülse 36, 38 anliegt,
so dass über
den balligen Vorsprung 82, den Kolbenkopf 98 und
die Innenumfangswandung 100 der Zylinderraum 73 begrenzt
ist.
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In
dem Kolbenkopf 98 ist jeweils stirnseitig ein kelchartiger,
zum Zylinderraum 73 hin offener Kolbenraum 102 ausgebildet,
der in eine mit einem Innengewinde 104 versehene Sacklochbohrung 106 übergeht
und ermöglicht,
dass bei einem Verdichtungshub die Innenumfangswandung 100 des
Kolbenkopfes 98 mit Hochdruck beaufschlagbar ist, so dass
sich der Kolbenkopf 98 geometrisch an die sich bei einem
Verdichtungshub des Kolbens 40, 42 radial aufweitende
Zylinderhülse 36, 38 anpassen
kann und somit in jeder Arbeitsposition dichtend an der Innenumfangswandung 100 der
Zylinderhülsen 36, 38 anliegt.
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Zum
Verkleinern des von dem Zylinderraum 73 und dem Kolbenraum 102 gebildeten
Kompressionsvolumens und zur Reduzierung des Totvolumens kann in
den Kolbenraum 102 ein Einsatz 108 eingesetzt
sein, der über
eine ihn durchsetzende und mit dem Innengewinde 104 in
Wirkeingriff stehende Schraube 110 gesichert ist. Der Einsatz 108 hat
einen Spalt, so dass sich selbst bei in dem Kolbenraum 102 eingesetzten
Einsatz 108 bei einem Verdichtungshub der Kolbenkopf 98 radial
auf weiten kann, um eine Leckage zu verhindern.
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Der
Einsatz 108 und die Schraube 110 können, wie
dargestellt, stirnseitig über
den Kolbenkopf 98 hervorstehen, wobei jedoch eine Kollision
des Einsatzes 108 bzw. der Schraube 110 mit der
Innenumfangswandung 100 der Zylinderhülse 36, 38 bzw.
der Oberfläche 80 des
balligen Vorsprungs 82 nicht erfolgt.
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Offenbart
ist eine Axialkolbenmaschine mit zumindest einer Schrägscheibe,
an der eine Zylindertrommel abgestützt ist, die mehrere schwenkbar gelagerte
Zylinderhülsen
aufweist, in denen Kolben dichtend geführt sind, die mit einer Welle
in Wirkverbindung stehen, wobei die Zylinderhülsen jeweils fußseitig
an balligen Vorsprüngen
einer Stirnfläche der
Zylindertrommel abgestützt
sind.
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- 2
- Axialkolbenmaschine
- 4
- Gehäuse
- 6
- Deckel
- 8
- Deckel
- 10
- Mittelteil
- 12
- Innenraum
- 14
- Antriebswelle
- 16
- Wälzlager
- 18
- Innenbohrung
- 20
- Wälzlager
- 22
- Innenbohrung
- 24
- Schrägscheibe
- 26
- Schrägscheibe
- 28
- Stützfläche
- 30
- Stützfläche
- 32
- Zylindertrommel
- 34
- Zylindertrommel
- 36
- Zylinderhülse
- 38
- Zylinderhülse
- 40
- Kolben
- 42
- Kolben
- 44
- Antriebsflansch
- 46
- Mantelteil
- 48
- Mantelteil
- 50
- Mitnehmerstift
- 51
- Mitnehmerstift
- 52
- Mitnehmerstift
- 53
- Mitnehmerstift
- 54
- Lagerabschnitt
- 56
- Lagerabschnitt
- 58
- Querbohrung
- 60
- Querbohrung
- 62
- Trommelboden
- 63
- Trommelboden
- 64
- Spannfeder
- 65
- Spannfeder
- 66
- Stützring
- 67
- Stützring
- 68
- Umfangsnut
- 69
- Umfangsnut
- 70
- Sicherungsring
- 71
- Sicherungsring
- 72
- Zylinderraum
- 73
- Zylinderbohrung
- 74
- Schulter
- 76
- Ringstirnfläche
- 78
- Innenumfangskante
- 80
- Oberfläche
- 82
- balliger
Vorsprung
- 83
- Feder
- 84
- Bohrung
- 86
- Doppelkolben
- 88
- Mittelabschnitt
- 90
- Innengewindedurchgangsbohrung
- 92
- Radialschulter
- 94
- Schulterfläche
- 96
- Schaft
- 98
- Kolbenkopf
- 100
- Innenumfangswandung
- 102
- Kolbenraum
- 104
- Innengewinde
- 106
- Sacklochbohrung
- 108
- Einsatz
- 110
- Schraube