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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Beispielsweise
ist aus der
DE 44 23
023 A1 eine Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse bekannt,
dessen Gehäuse-Innenraum
einen Leckraum umfaßt
und eine Hubscheibe sowie eine drehbar gelagerte Zylindertrommel
mit Zylindern und in diesen hin- und herbewegbare Kolben aufnimmt,
deren aus den Zylindern herausragenden Enden sich an der Hubscheibe
abstützen.
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Weiterhin
ist aus der
JP 2004
340083 A eine Möglichkeit
bekannt, die Verstellung der Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine
verschleißarm
und leichtgängig
durch Verschiebung eines Rings durchzuführen, welche einerseits mit
einem Wiegezapfen der Schwenkwiege und andererseits mit einem Klemmteil
eines Hilfskolbens verbunden ist. Der Hilfskolben, der für die Verstellung
der Schwenkwiege zuständig
ist, hat einen gestuften Durchmesser und läuft entsprechend in einer gestuften
Ausnehmung des Gehäuses.
Auf dem Wiegezapfen steckt ein Gleitstein, der verschieblich und
drehbar angeordnet ist. Ölbohrungen,
welche Hydraulikfluid in den Bereich des Verstellorgans führen, sind
so angeordnet, dass in einen Ringraum in dem Gleitstein einmünden und
diesen dadurch hydrostatisch entlasten.
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Die
bekannten Axialkolbenmaschinen haben dabei den Nachteil, dass die
Schwenkwiege, auf welcher sich die Kolben abstützen, während des Betriebs der Axialkolbenmaschine
ununterbrochenen Pulsationen unterworfen ist, welche auch als Wiegenschwingung
bezeichnet werden. Dadurch wird einerseits störender Körperschall übertragen, andererseits unterliegen
die durch die Pulsationen betroffenen Bauteile stärkerem Verschleiß, was zu
häufigen Ausfällen und
hohen Wartungskosten führt.
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Bekannte
Maßnahmen
zur Dämpfung
der Pulsationen sind hauptsächlich
auf eine hydrostatische Entlastung der Bauteile ausgerichtet, zeichnen sich
jedoch durch einen hohen konstruktiven Aufwand aus.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialkolbenmaschine
der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass die Pulsationen bzw.
die Wiegenschwingung auf einfache Weise effektiv gedämpft werden
und dadurch die Übertragung von
Körperschall
verringert und die Verschleißfestigkeit
verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1
in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
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Erfindungsgemäß ist dabei
vorgesehen, dass die über
einen Wiegezapfen und einen Arm an der Schwenkwiege angreifende
Stelleinrichtung zur Verstellung der Schwenkwiege einen Stellkolben
mit einer Ausnehmung, in welche der mit einem Gleitstein versehene
Wiegezapfen eingreift, und Bohrungen aufweist, wobei die Bohrungen
in der Schwenkwiege, in dem Arm und in dem Wiegezapfen ausgebildet
sind und in die Ausnehmung des Stellkolbens ausmünden.
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Dadurch
wird Hydraulikmedium in die Ausnehmung geführt, in welche der Wiegezapfen
mit dem Gleitstein eingreift, und ein Schmierfilm gebildet, welcher
für eine
reibungsarme Verstellung der Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine
sowie für eine
Dämpfung
der im Betrieb auftretenden Pulsationen sorgt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den verbleibenden
Unteransprüchen.
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Nachstehend
ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Axialkolbenmaschine gemäß dem Stand
der Technik in einer Gesamtansicht,
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2 eine
schematische seitliche Ansicht einer Schwenkwiege gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, und
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3 eine
Aufsicht auf die Schwenkwiege gemäß 2.
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1 zeigt
zum besseren Verständnis
der erfindungsgemäßen Maßnahmen
zunächst
in einer Schnittdarstellung eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise
mit verstellbaren Verdrängungsvolumen
und einer Stromrichtung gemäß dem Stand
der Technik. Die Axialkolbenmaschine umfaßt in bekannter Weise als wesentliche
Bauteile ein hohlzylindrisches Gehäuse 1 mit einem stirnseitig
offenen Ende, welches in 1 oben ist, einen am Gehäuse 1 befestigten,
dessen offenes Ende verschließenden Anschlussblock 2,
eine Hub- oder Schrägscheibe 3, einen
Steuerkörper 4,
eine Triebwelle 5, eine Zylindertrommel 6 und
einen optionalen Kühlkreislauf 7.
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Die
Schrägscheibe 3 ist
als sogenannte Schwenkwiege mit halbzylindrischem Querschnitt ausgebildet
und stützt
sich mit zwei unter gegenseitigem Abstand parallel zur Schwenkrichtung
verlaufenden Lagerflächen
unter hydrostatischer Entlastung an zwei entsprechend geformten
Lagerschalen 8 ab, die an der Innenfläche der dem Anschlussblock 2 gegenüberliegenden
Gehäuse-Stirnwand 9 befestigt
sind. Die hydrostatische Entlastung erfolgt in bekannter Weise über Drucktaschen 10,
die in den Lagerschalen 8 ausgebildet sind und über Anschlüsse 11 mit
Druckmittel versorgt werden. Eine in einer Ausbuchtung der zylindrischen
Gehäusewandung 12 untergebrachte
Stelleinrichtung 13 greift über einen sich in Richtung
des Anschlussblocks 2 erstreckenden Arm 14 der
Schrägscheibe 3 an
und dient zum Verschwenken derselben um eine zur Schwenkrichtung
senkrechte Schwenkachse.
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Der
Steuerkörper 4 ist
an der dem Gehäuse-Innenraum
zugewandten Innenfläche
des Anschlussblocks 2 befestigt und mit zwei durchgehenden Öffnungen 15 in
Form von nierenförmigen
Steuerschlitzen versehen, die über
einen Druckkanal 16D bzw. Saugkanal 16S im Anschlussblock 2 an
eine nicht dargestellte Druck- und Saugleitung angeschlossen sind.
Der Druckkanal 16D weist einen kleineren Strömungsquerschnitt
als der Saugkanals 16S auf. Die dem Gehäuse-Innenraum zugewandte und sphärisch ausgebildete
Steuerfläche
des Steuerkörper 4 dient
als Lagerfläche
für die
Zylindertrommel 6.
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Die
Triebwelle 5 ragt durch eine Durchgangsbohrung in der Gehäuse-Stirnwand 9 in
das Gehäuse 1 hinein
und ist mittels eines Lagers 17 in dieser Durchgangsbohrung
sowie mittels eines weiteren Lagers 18 in einem engeren
Bohrungsabschnitt einer endseitig erweiterten Sackbohrung 19 im
Anschlussblock 2 und einem an diesen engeren Bohrungsabschnitt
angrenzenden Bereich einer zentrischen Durchgangsbohrung 20 im
Steuerkörper 4 drehbar
gelagert. Die Triebwelle 5 durchsetzt im Inneren des Gehäuses 1 weiterhin
eine zentrische Durchgangsbohrung 21 in der Schrägscheibe 3,
deren Durchmesser entsprechend dem größten Schwenkausschlag der Schrägscheibe 3 bemessen ist,
sowie eine zentrische Durchgangsbohrung in der Zylindertrommel 6 mit
zwei Bohrungsabschnitten.
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Einer
dieser Bohrungsabschnitte ist in einer an der Zylindertrommel 6 angeformten, über deren der
Schrägscheibe 3 zugewandte
Stirnseite 22 hinausragenden hülsenförmigen Verlängerung 23 ausgebildet, über die
die Zylindertrommel 6 mittels einer Keilnut-Verbindung 24 drehfest
mit der Treibwelle 5 verbunden ist. Der verbleibende Bohrungsabschnitt ist
mit konischem Verlauf ausgebildet. Er verjüngt sich ausgehend von seinem
Querschnitt größten Durchmessers
nahe dem ersten Bohrungsabschnitt bis zu seinem Querschnitt kleinsten
Durchmessers nahe der am Steuerkörper 4 anliegenden
Stirn- oder Lagerfläche der
Zylindertrommel 6. Der von der Triebwelle 5 und
diesem konischen Bohrungsabschnitt definierte ringförmige Raum
ist mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet.
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Die
Zylindertrommel 6 weist allgemein axial verlaufende, abgestufte
Zylinderbohrungen 26 auf, die gleichmäßig auf einem zur Triebwellenachse
koaxialen Teilkreis angeordnet sind, an der Zylindertrommel-Stirnseite 22 direkt
und an der dem Steuerkörper 4 zugewandten
Zylindertrommel-Lagerfläche über Mündungskanäle 27 auf
dem gleichen Teilkreis wie die Steuerschlitze ausmünden. In
die an der Zylindertrommel-Stirnseite 22 direkt ausmündenden Zylinderbohrungsabschnitte
größeren Durchmessers ist
je eine Laufbuchse 28 eingesetzt. Die Zylinderbohrungen 26 einschließlich der
Laufbuchsen 28 sind hier als Zylinder bezeichnet. Innerhalb
dieser Zylinder 26, 28 verschiebbar angeordnete
Kolben 29 sind an ihren der Schrägscheibe 3 zugewandten
Enden mit Kugelköpfen 30 versehen,
die in Gleitschuhen 31 gelagert und über diese an einer an der Schrägscheibe 5 befestigten
ringförmigen
Gleitscheibe 32 hydrostatisch gelagert sind.
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Jeder
Gleitschuh 31 ist an seiner der Gleitscheibe 32 zugewandten
Gleitfläche
mit je einer nicht gezeigten Drucktasche versehen, die über einer Durchgangsbohrung 33 im
Gleitschuh 31 an einen abgestuften axialen Durchgangskanal 34 im
Kolben 29 angeschlossen und auf diese Weise mit dem vom Kolben 29 in
der Zylinderbohrung 26 abgegrenzten Arbeitsraum des Zylinders
verbunden ist. In jedem axialen Durchgangskanal 34 ist
im Bereich des zugeordneten Kugelkopfes 30 eine Drossel
ausgebildet. Ein mittels der Keilnut-Verbindung 24 axial
verschiebbar auf der Triebwelle 5 angeordneter und durch
eine Feder 35 in Richtung der Schrägscheibe 3 beaufschlagter
Niederhalter 36 hält
die Gleitschuhe 31 in Anlage an der Gleitscheibe 32.
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Der
im Gehäuse-Innenraum
von den darin aufgenommenen Bauteilen 3 bis 6 etc.
nicht eingenommene Bauraum dient als Leckraum 37, der das im
Betrieb der Axialkolbenmaschine durch sämtliche Spalte, wie z.B. zwischen
den Zylindern 26, 28 und den Kolben 29,
dem Steuerkörper 4 und
der Zylindertrommel 6, der Schrägscheibe 3 und der
Gleitscheibe 32 sowie den Lagerschalen 8 etc.,
austretende Leckfluid aufnimmt.
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Die
Funktion der vorstehend beschriebenen Axialkolbenmaschine ist allgemein
bekannt und in nachstehender Beschreibung bei Einsatz als Pumpe auf
das Wesentliche beschränkt.
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Die
Axialkolbenmaschine ist für
den Betrieb mit Öl
als Fluid vorgesehen. Über
die Treibwelle 5 wird die Zylindertrommel 6 mitsamt
den Kolben 29 in Drehung versetzt. Wenn durch Betätigung der
Stelleinrichtung 13 die Schrägscheibe 3 in eine
Schrägstellung
gegenüber
der Zylindertrommel 6 verschwenkt ist, so vollführen sämtliche
Kolben 29 Hubbewegungen. Bei Drehung der Zylindertrommel 6 um 360° durchläuft jeder
Kolben 29 einen Saug- und einen Kompressionshub, wobei
entsprechende Ölströme erzeugt
werden, deren Zu- und Abführung über die
Mündungskanäle 27,
die Steuerschlitze 15 und den Druck- und Saugkanal 16D und 16S erfolgen. Dabei
läuft während des
Kompressionshubs jedes Kolbens 29 Drucköl von dem betreffenden Zylinder 26, 28 über den
axialen Durchgangskanal 34 und die Durchgangsbohrung 33 im
zugeordneten Gleitschuh 31 in dessen Drucktasche und baut
ein Druckfeld zwischen der Gleitscheibe 32 und dem jeweiligen Gleitschuh 31 auf,
das als hydrostatisches Lager für letzteren
dient. Ferner wird Drucköl über die
Anschlüsse 11 den
Drucktaschen 10 in den Lagerschalen 8 zur hydrostatischen
Abstützung
der Schrägscheibe 3 zugeführt.
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2 und 3 zeigen
in einer seitlichen Ansicht bzw. in einer Aufsicht von oben die
Schrägscheibe 3 eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels einer
erfindungsgemäß ausgebildeten
Axialkolbenmaschine mit der daran angreifenden Stellvorrichtung 13.
Die Ansicht gemäß 2 zeigt
dabei einen Blick aus der gegenüber 1 entgegengesetzten Richtung
auf die Schrägscheibe 3,
entsprechende Teile sind somit seitenverkehrt zu 1 angeordnet. Ansonsten
kann die erfindungsgemäß ausgebildete Axialkolbenmaschine
in ihren nicht weiter dargestellten Teilen beispielsweise wie das
in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine gemäß dem Stand
der Technik ausgeführt
sein.
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In
der vorliegenden Bauform ist die Schrägscheibe 3 in Form
einer Schwenkwiege ausgebildet, welche auf zwei halbschaligen, nicht
weiter dargestellten Lagerelementen aufliegt und auf diesen mittels
käfiggeführter, ebenfalls
in 2 und 3 nicht dargestellter Wälzlagerelemente
abrollt. Die Stelleinrichtung 13 zur Verstellung der Schwenkwiege 3 weist
einen Stellkolben 40 auf, welcher über einen Wiegezapfen 41 mit
dem Arm 14 in Verbindung steht, welcher an der Schwenkwiege 3 angreift.
Der Eingriff des Wiegezapfens 41 in den Stellkolben 40 erfolgt bedingt
durch eine geometrische Kombination eines Kreisbogens mit einer
Geraden, welche sich aus der Kombination der Bewegungsrichtungen
der beteiligten Bauteile ergibt, über einen Gleitstein 42,
der eine zweidimensionale Bewegung zulässt.
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Der
Gleitstein 42 ist dabei hohlzylindrisch ausgebildet und
auf dem Wiegezapfen 41, welcher mit dem Arm 14 verbunden
ist, aufgesteckt. Er greift in eine Ausnehmung 43 ein,
welche in dem Stellkolben 40 ausgebildet ist. Der Gleitstein 42 muss
in dieser Ausnehmung 43 unter einem gewissen Spiel gelagert
sein, um eine leichtgängige
Verstellung der Schwenkwiege 3 zu ermöglichen.
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Dies
führt jedoch
zu Pulsationen, welche während
des Betriebs der Axialkolbenmaschine bedingt beispielsweise durch
die zyklische Bewegung der Zylindertrommel 23 auftreten.
In der Folge wird Körperschall über die
einzelnen Bauteile nach außen übertragen,
was sich in einem erhöhten
Betriebsgeräuschpegel
der Axialkolbenmaschine niederschlägt. Außerdem ist bedingt durch das
Spiel im Bereich des Gleitsteins 42 ein höherer Verschleiß der beteiligten Bauteile
zu befürchten.
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Erfindungsgemäß ist daher
vorgesehen, den Gleitstein 42 hydrostatisch zu entlasten,
indem Hydraulikmedium durch Bohrungen 44 in die Ausnehmung 43 geführt wird.
Die Bohrungen 44 verlaufen dabei in der Schwenkwiege 3,
in dem Arm 14 und im Wiegezapfen 41 und münden schließlich in
die Ausnehmung 43 aus. Dadurch ist der Gleitstein 42 in
der Ausnehmung 43 flüssigkeitsgelagert.
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Die
druckseitige Ausmündung
der Bohrungen 44 ist dabei im Bereich des Hochdrucks ausgebildet,
vorzugsweise an einer den Zylindern 26, 28 der
Axialkolbenmaschine zugewandten Fläche 45 der Schwenkwiege 3.
Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Befüllung der Ausnehmung 43 über die
Bohrungen 44 zuverlässig
erfolgt, da stets Hydraulikmedium durch den in den Zylindern 26, 28 herrschenden
Hochdruck in die Bohrungen 44 gedrückt wird. Das in die Ausnehmung 43 geförderte Hydraulikmedium
kann über
Leckagespalte wieder in den Leckageraum 37 der Axialkolbenmaschine
gelangen und steht dort wieder zur Verfügung.
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Durch
die Befüllung
der Ausnehmung 43 und die hydrostatische Entlastung des
Gleitsteins 42 ergeben sich kleinere Spaltmaße bzw.
ein geringeres Spiel zwischen dem Gleitstein 42, dem Wiegezapfen 41 und
der Ausnehmung 43 des Verstellkolbens 40. Zudem
wird der Körperschall
effektiv gedämpft,
so dass der Betriebsgeräuschpegel
der Axialkolbenmaschine reduziert werden kann. Die Verstellgeschwindigkeit
der Schwenkwiege 3 kann signifikant erhöht werden, weil die Reibungspartner
nicht mehr über Festkörperberührung, sondern über einen
Schmierfilm aufeinander gleiten. Auch die Hystereseeigenschaften
können
verbessert werden, ebenso wie der Verschleiß der Bauteile.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
beispielsweise auch für
andere Bauweisen von Axialkolbenmaschinen angewendet werden. Alle
Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar.