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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine sowie eine
Steuerplatte für
eine derartige Axialkolbenmaschine.
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Bei
Axialkolbenmaschinen führen
Kolben, die in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel in Längsrichtung
verschiebbar angeordnet sind, bei jeder Umdrehung der Zylindertrommel
eine Hubbewegung aus, welche sich aus einem Saughub sowie einem
Druckhub zusammensetzt. Um eine drehsynchrone Verbindung zwischen
der Zylindertrommel und der entsprechenden Arbeitsleitung der Axialkolbenmaschine
sicherzustellen, befindet sich an der Stirnseite der Zylindertrommel
eine so genannte Steuerplatte, in welcher in der Regel nierenförmige Steueröffnungen
zum Verbinden der Zylindertrommel mit einem Hochdruckanschluss sowie
einem Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine ausgebildet sind.
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Eine
klassische Steuerplatte, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt
ist und beispielsweise in ähnlicher
Form in der
DE 102
51 552 B3 beschrieben ist, ist in den
5 bis
7 dargestellt. Die
Steuerplatte
100 weist einen äußeren Durchmesser auf, welcher
mit dem Innendurchmesser eines entsprechenden Gehäusebauteils
der Axialkolbenmaschine korrespondiert. In Richtung der von der
Zylindertrommel abgewandten Seite stützt sich die Steuerplatte
100 an
einem Gehäusedeckel
ab, in dem der Hochdruckanschluss sowie der Niederdruckanschluss
der Axialkolbenmaschine ausgebildet sind. Die Steuerplatte
100 weist über ihren
Umfang verteilt mehrere Steueröffnungen
101 bzw.
102 auf,
welche zum Verbinden der Zylindertrommel mit dem Niederdruckanschluss
bzw. dem Hochdruckanschluss vorgesehen sind. Neben diesen Steueröffnungen
101,
102,
der sog. Saugniere und den sog. Drucknieren, weist die Steuerplatte
100 ferner
eine zentrale Ausnehmung auf, die von einer Welle der Axialkolbenmaschine,
die drehfest mit der Zylindertrommel verbunden ist, durchdrungen
ist. An diese zentrale Ausnehmung schließen sich zwei seitliche Einsparungen
103 an,
die einen Durchlass für
Lecköl bilden.
Ferner ist im Randbereich eine insbesondere der Darstellung in
7 entnehmbare
Nut
104 ausgebildet, welche eine verdrehsichere Positionierung der
Steuerplatte
100 ermöglicht.
Gemäß der Darstellung
in
6 wirkt diese Nut
104 mit einem in dem Gehäuse der
Maschine gelagerten Stift
110 zusammen, so dass sichergestellt
ist, dass einerseits die Platte
100 nicht um 180° verdreht
in die Axialkolbenmaschine eingebaut werden kann und andererseits auch
keine Verdrehung der Platte
100 während des Betriebs auftritt.
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Derartige
Steuerplatten haben sich in der Vergangenheit vielfach bewährt, müssen allerdings in
einem verhältnismäßig aufwändigen Arbeitsprozess
hergestellt werden. Üblicherweise
werden hierbei die Platten aus Stangenabschnitten oder groben Stanz-
oder Schmiedeteilen zerspanend hergestellt, wobei die entsprechenden
Teile vollständig
zerspanend an allen Flächen
bearbeitet werden. Insbesondere werden in diesem Arbeitsvorgang
die Saugniere 101, die Drucknieren 102, die Lecköldurchlässe 103 sowie
die Nut 104 für
die Verdrehsicherung herausgearbeitet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine
neuartige Verteiler- oder Steuerplatte für eine Axialkolbenmaschine
anzugeben, welche einerseits hinsichtlich ihrer Betriebseigenschaften
zumindest gleichwertig zu den bekannten Steuerplatten ist, andererseits
allerdings einfacher und kostengünstiger
hergestellt werden kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Steuerplatte für
eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine
Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die
erfindungsgemäße Lösung beruht
auf der Idee, die Steuerplatte derart auszugestalten, dass an einem
Teilbereich des Außenumfangs
der Steuerplatte eine sich nach außen erstreckende Erweiterungsfläche ausgebildet
ist, welche zum Erzielen einer Verdrehsicherung für die Steuerplatte
derart gestaltet ist, dass sie eine definierte Anlage an einem Halteelement
der Axialkolbenmaschine ermöglicht. Beispielsweise
kann hierzu die Erweiterungsfläche einen
geraden Randbereich aufweisen, der zur Anlage an einer ebenen Wand
eines entsprechenden Halteelements geeignet ist. Ferner wäre auch
eine randseitige Ausnehmung in der Erweiterungsfläche denkbar
oder eine Vorwölbung,
welche beispielsweise mit einem ovalen oder zylinderförmig ausgestalteten Halteelement
bzw. mit einer entsprechenden Ausnehmung in dem Halteelement zusammenwirken kann.
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Erfindungsgemäß wird dementsprechend eine
Steuerplatte für
eine Axialkolbenmaschine angegeben, welche zumindest zwei Steueröffnungen aufweist,
mittels derer Zylinderbohrungen einer drehbar in einem Gehäuse gelagerten
Zylindertrommel bei Rotation der Zylindertrommel alternierend mit
einem Hochdruckanschluss und einem Niederdruckanschluss verbunden
sind, wobei erfindungsgemäß vorgesehen
ist, dass an einem Teilbereich des Außenumfangs der Steuerplatte
eine sich nach außen erstreckende
Erweiterungsfläche
ausgebildet ist, die zum Erzielen einer Verdrehsicherung für die Steuerplatte
zur definierten Anlage an einem Halteelement der Axialkolbenmaschine
ausgebildet ist.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht
darin, das zur Erzielung der Verdrehsicherung auf die bekannte Stift-Nut-Verbindung
verzichtet werden kann. Im Gegensatz zu der in den 5 bis 7 dargestellten
Nut wird bei der erfindungsgemäßen Steuerplatte
die Verdrehsicherung durch eine spezielle Gestaltung des Außenumfangs
bzw. der Außenkontur
der Steuerplatte erzielt, was den Vorteil mit sich bringt, dass
die beispielsweise hierfür
vorgesehenen randseitigen Ausnehmungen durchgehend, d.h. über die
gesamte Dicke der Steuerplatte ausgeführt werden können. Dies
wiederum bedeutet, dass es möglich
ist, die erfindungsgemäße Steuerplatte
in einfacher Weise durch einen Stanzprozess herzustellen, wobei
hierbei unmittelbar die Außenkontur, die
Innenkontur und die Nierenbereiche der Steuerplatte erstellt werden.
Es ist dann lediglich noch eine Nachbearbeitung der beiden Plan-Anlageflächen der Steuerplatte
erforderlich, was deutliche Vorteile in der Herstellung mit sich
bringt. Alternativ hierzu könnte
die Steuerplatte auch mittels Laserschneiden hergestellt werden,
wobei dann eine Nachbearbeitung der Planflächen entfällt, da ein hochwertiges Vormaterial
mit der erforderlichen Oberflächengüte eingesetzt
werden kann. Beide Verfahren sind bei der Steuerplatte gemäß dem Stand
der Technik nur bedingt einsetzbar, da die Ausarbeitung der Nut
für die Verdrehsicherung
nur durch eine zerspanende Bearbeitung der Platte erstellt werden
kann.
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Weiterbildungen
des erfindungsgemäßen Gedankens
betreffen insbesondere Maßnahmen, durch
die der Materialaufwand sowie der Raumbedarf der Steuerplatte zusätzlich reduziert
werden kann. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der äußere Randbereich
der Platte im Bereich der zumindest einen mit dem Niederdruckanschluss verbunden
Steueröffnung
in Radialrichtung reduziert ist. Ferner kann der radial innere Rand
der Steuerplatte als Zentrierfläche
ausgebildet sein, welche die Steuerplatte auf einem gehäuseseitigen
Zentrierkörper
zentriert. Diese Zentrierfläche
kann aus mehreren Teilflächen
bestehen, welche auf sich radial nach innen in die Durchgangsöffnung erstreckenden
Segmenten des inneren Rands der Steuerplatte ausgebildet sind. Die
radiale Ausdehnung der einzelnen Ausnehmungen ist dabei vorzugsweise
so groß, dass
im Bereich der Ausnehmungen zwischen der Steuerplatte und dem Zentrierkörper ein
Spalt entsteht, der dazu geeignet ist, dass im Inneren der Zylindertrommel
angesammelte Leckagefluid passieren zu lassen.
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Erfindungsgemäß wird ferner
eine Axialkolbenmaschine mit einer drehbar in einem Gehäuse gelagerten
Zylindertrommel vorgeschlagen, wobei in die Zylindertrommel Zylinderbohrungen
eingebracht sind, in denen axialverschieblich Kolben angeordnet sind,
wobei die Zylinderbohrungen zu einer Stirnseite der Zylindertrommel
hin Öffnungen
aufweisen, die bei einer Rotation der Zylindertrommel über zumindest
zwei Steueröffnungen
einer Steuerplatte alternierend in Verbindung mit einem Hochdruckanschluss
und einem Niederdruckanschluss stehen, wobei die Steuerplatte entsprechend
dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Gedanken ausgebildet ist.
In vorteilhafter Weise ist die Maschine als Schrägscheibenmaschine ausgebildet,
wobei dann das Halteelement zur verdrehsicheren Positionierung der
Steuerplatte durch die Stellkolbenführung gebildet sein kann.
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Nachfolgend
soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Axialkolbenmaschine;
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2 eine
Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Steuerplatte;
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3 die
Anordnung der erfindungsgemäßen Steuerplatte
von 2 in der Axialkolbenmaschine;
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4 die
Anordnung einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerplatte in
einer Axialkolbenmaschine und
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5 bis 7 die
Ausgestaltung und Anordnung einer Steuerplatte einer Axialkolbenmaschine
gemäß dem Stand
der Technik.
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Die
in
1 dargestellte und allgemein mit dem Bezugszeichen
1 versehene
erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
ist in weiten Teilen identisch zu der aus der
DE 102 51 552 B3 bekannten
Axialkolbenmaschine ausgestaltet. Der Aufbau und die Funktion der
bekannten Bestandteile der Maschine
1 sollen dementsprechend
im Folgenden lediglich kurz zusammengefasst werden.
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Die
Axialkolbenmaschine 1 weist eine in einem Gehäuse 2 drehbar
gelagerte Welle 3 auf, auf der eine Zylindertrommel 4 angeordnet
ist, wobei die Zylindertrommel 4 und die Welle 3 drehfest
miteinander verbunden sind. Die Welle 3 durchdringt die
Zylindertrommel 4 und ist auf beiden Seiten der Zylindertrommel 4 mit
Hilfe jeweils eines Wälzlagers 5 und 6 gelagert,
wobei das untere Wälzlager 6 insbesondere
einen äußeren Lagerring 7 aufweist,
der in eine entsprechende Ausnehmung eines Gehäusedeckels 8 der Axialkolbenmaschine 1 eingesetzt
ist.
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In
der Zylindertrommel 4 sind über den Umfang verteilt mehrere
Zylinderbohrungen 9 ausgebildet, wobei die Mittelachsen
der Zylinderbohrungen 9 parallel oder geneigt zur Mittelachse
der Welle 3 verlaufen. In diesen Bohrungen 9 sind
axialverschieblich Kolben 10 eingesetzt, welche an der
von dem Gehäusedeckel 8 abgewandten
Seite einen kugelförmigen
Kopf 11 aufweisen, der mit einer korrespondierenden Ausnehmung
eines Gleitschuhs 12 zu einer Gelenkverbindung zusammenwirkt.
Mittels des Gleitschuhs 12 stützt sich der Kolben 10 an
einer Schrägscheibe 13 ab,
so dass bei einer Drehung der Zylindertrommel 4 die Kolben 10 dementsprechend
eine alternierende Hubbewegung ausführen. Die Höhe des Hubs wird hierbei durch
die Stellung der Schrägscheibe 13 vorgegeben,
welche um eine senkrecht zur Längsachse
der Welle 3 verlaufende Kippachse verstellt werden kann.
Hierzu ist eine Stellvorrichtung 14 mit einem Kolben 50 vorgesehen,
der mit seinen beiden Enden einerseits mit der Schrägscheibe 13 und
andererseits mit einer Stellkolbenführung 51 zusammenwirkt.
Die Ausgestaltung insbesondere dieser zylinderartigen oder topfartigen
Stellkolbenführung 51 wird
zu einem späteren
Zeitpunkt noch näher erläutert.
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Die
Zylindertrommel 4 weist eine zentrale Öffnung 15 auf, in
der eine Druckfeder 16 angeordnet ist, welche zwischen
einem ersten Federlager 17 und einem zweiten Federlager 18 gespannt
ist. Das erste Federlager 17 ist dabei seitens der Welle 3 in
axialer Richtung fixiert, während
hingegen das zweite Federlager 18 durch einen in eine Nut
der Zylindertrommel 4 eingesetzten Seegerring gebildet
ist. Durch die Kraft der Druckfeder 16 wird die Zylindertrommel 4 in axialer
Richtung soweit verschoben, dass sie mit ihrer Stirnfläche 19 an
der Steuerplatte 20 dichtend anliegt.
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Die
in der Schnittdarstellung gemäß 1 nicht
erkennbarer Steueröffnungen
der Steuerplatte 20 stehen auf jeder von der Zylindertrommel
abgewandten Seite in permanentem Kontakt mit zumindest einem Hochdruckanschluss
und einem Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine 1.
Die Zylinderbohrungen 9 der Trommel 4 sind über entsprechende Öffnungen 21 zu
der Stirnfläche 19 der
Zylindertrommel 4 hin offen, wobei diese Öffnungen 21 bei einer
Rotation der Trommel 4 die Steuerplatte überstreichen
und hierdurch alternierend mit den Steueröffnungen für den Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluss
verbunden werden.
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Die
Festlegung der Position der Steuerplatte 20 bezüglich der
Welle 3 erfolgt zunächst
durch eine Zentrierfläche 29,
deren Ausgestaltung nachfolgend noch näher erläutert wird. Eine Durchgangsöffnung der
Steuerplatte 20 weist hierzu eine radiale Ausdehnung auf,
welche mit der äußeren radialen
Ausdehnung eines Zentrierkörpers,
der mit einem Gehäusebauteil
verbunden ist, korrespondiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
wird der Zentrierkörper durch
den äußeren Lagerring 7 des
Wälzlager 6 gebildet.
In axialer Richtung stützt
sich die Steuerplatte 20 an dem Gehäusedeckel 8 ab, wobei
zur Vermeidung von Leckage die Steuerplatte 20 eine dichtende Umgebung 28 aufweist,
welche auf der von der Zylindertrommel 4 abgewandten Seite
der Steuerplatte 20 ausgebildet ist und mit der Oberfläche des
Gehäusedeckels 8 dichtend
zusammenwirkt.
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Für einen
ordnungsgemäßen Betrieb
der Axialkolbenmaschine 1 ist neben einer zentrierten Anordnung
der Steuerplatte 20 auch eine entsprechende Orientierung
erforderlich, wobei sichergestellt sein muss, dass auch während des
Betriebs der Maschine 1 keine Verdrehung der Steuerplatte 20 erfolgt.
Während
beim Stand der Technik hierzu die eingangs beschriebene Stift-Nut-Verbindung
verwendet wird, wird nunmehr erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Steuerplatte 20 in
spezieller Weise auszugestalten, sodass wiederum eine verdrehsichere
Anordnung erzielt wird, allerdings auf die Stift-Nut-Verbindung
verzichtet und dementsprechend die Herstellung der Steuerplatte 20 vereinfacht
werden kann. Ein erstes Ausführungsbeispiel
einer entsprechend ausgestalteten Steuerplatte soll nunmehr anhand
der 2 und 3 erläutert werden.
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Zunächst ist
in 2 die Steuerplatte 20 mit der zentralen Öffnung 30 sowie
der Steueröffnung 31 für den Niederdruckanschluss
und drei Steueröffnungen 32 für den Hochdruckanschluss
erkennbar. Die zentrale Durchgangsöffnung 30 weist dabei
einen Durchmesser auf, der dem Außenumfang des Lagerrings 7 des
Wälzlagers 6 entspricht.
Der innere Rand 33 der Durchgangsöffnung 30 bildet dementsprechend
die zuvor erwähnte
Zentrierfläche 29.
Die Durchgangsöffnung 30 ist
ferner durch zwei Ausnehmungen 34 und 35 erweitert,
zwischen denen jeweils Segmente gebildet werden, so dass die Zentrierfläche 29 letztendlich
durch die Teilflächen 29.1 und 29.2 an
den Segmenten gebildet ist. Durch die Ausnehmungen 34 und 35 wird
am Umfang des äußeren Lagerrings 7 teilweise
ein Spalt 22 (siehe 1) ausgebildet,
der von einem Leckagefluid passierbar ist.
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Die
erfindungsgemäße Besonderheit
der Steuerscheibe 20 besteht in einer im oberen Bereich des
Außenumfangs
sich nach außen
erstreckenden Erweiterungsfläche 40.
Diese Erweiterungsfläche 40 ist
in ihrem Randbereich 41 in spezieller Weise ausgestaltet,
um eine definierte Anlage gegenüber
einem Halteelement der Axialkolbenmaschine zu ermöglichen.
Auf diese Weise wird trotz Verzichts auf die Stift-Nut-Verbindung
eine verdrehsichere Anordnung der Steuerscheibe 20 ermöglicht.
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In
dem Ausführungsbeispiel
der 2 und 3 weist die Erweiterungsfläche 40 einen
geraden Randbereich 41 auf, der dementsprechend mit einer ebenen
Wand eines Halteelements zusammenwirken kann. Gemäß der Darstellung
in 3 ist hierzu vorzugsweise vorgesehen, dass als
Halteelement die bereits zuvor erwähnte Stellkolbenführung 51 genutzt
wird. Diese weist einen Zylinder 52 auf, der mit seinem
unteren Ende an einer Scheibe 53 aufliegt. Diese Scheibe 53 ist
hierbei in ihrem Randbereich 54 ebenfalls gerade abgeschnitten,
sodass der Randbereich 41 der Erweiterung 40 der
Steuerplatte 20 plan an dem Randbereich der Scheibe 54 anliegen
kann, wie dies in 3 dargestellt ist. Auf diese
Weise wird ein Verdrehen der Steuerscheibe 20 während des Betriebs
der Axialkolbenmaschine 1 in effektiver Weise verhindert.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
der Steuerscheibe 20 besteht darin, dass sich die entsprechende
Ausgestaltung des Randbereichs 41 der Erweiterung 40 über die
gesamte Höhe bzw.
Dicke der Steuerscheibe 20 erstrecken kann. Dies ermöglicht es,
die Steuerscheibe 20 auf verhältnismäßig einfache und kostengünstige Weise
herzustellen. Beispielsweise wäre
ein einfaches Ausstanzen der Steuerscheibe 20 denkbar,
wobei hierbei gleichzeitig die Außenkontur, die Innenkontur
und die Nierenbereiche erstellt werden könnten. In diesem Fall wäre lediglich
noch eine Nachbearbeitung auf den beiden Plan-Anlageflächen der
Steuerscheibe 20 erforderlich. Alternativ hierzu könnte allerdings auch
ein entsprechend gestalteter Rohling mittels Laserschneiden bearbeitet
werden, wobei in diesem Fall dann eine Nachbearbeitung der Planflächen nicht
mehr erforderlich ist, da bereits ein hochwertiges Vormaterial mit
der notwendigen Oberflächengüte verwendet
werden kann. Beide Varianten sind deutlich einfacher auszuführen als
das bisher zur Herstellung von Steuerscheiben erforderliche zerspanende
Bearbeiten von Stangenabschnitten oder groben Stanz- oder Schmiedeteilen.
Gleichzeitig ist allerdings die Funktionalität der Steuerscheibe voll gewahrt,
da durch die entsprechende Ausgestaltung des Randbereichs 41 der
Erweiterung 40 nach wie vor die gewünschte Verdrehsicherung erzielt
wird.
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Den 2 und 3 können weitere
Maßnahmen
zur Gestaltung der Steuerscheibe 20 entnommen werden, durch
welche der Materialaufwand und der Raumbedarf zusätzlich optimiert
wird. So kann einerseits vorgesehen sein, dass der äußere Randbereich 42 der
Steuerplatte im Bereich der Niederdruck-Steueröffnung 31 in Radialrichtung
reduziert ist. Hierdurch wird also einerseits der Platzbedarf und
andererseits der Materialaufwand reduziert. Ferner können durch
entsprechende Einsparungen 43 und 44 im Randbereich 41 der
Erweiterungsfläche und/oder
in einem der Erweiterungsfläche 40 gegenüberliegenden
Randbereich der Steuerplatte 20 Öffnungen gebildet werden, die
zur verlustlosen Abführung
des Pumplecköls
dienen.
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4 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Steuerplatte 20,
welche sich in der Ausgestaltung des Randbereichs der Erweiterungsfläche 40 unterscheidet.
In diesem Fall ist die Steuerkolbenführung 51 lediglich
als sich nach oben erstreckender Zylinder 52 ausgebildet,
wobei dann der Randbereich 41 der Erweiterungsfläche 40 eine
randseitige Ausnehmung 45 aufweist, die mit der zylinderförmigen Außenkontur
des Zylinders 52 zusammenwirkt. Wiederum wird durch diese
Ausgestaltung eine Verdrehung der Steuerscheibe 20 im Betrieb
der Axialkolbenmaschine ausgeschlossen. Ferner wäre es denkbar, die Erweiterungsfläche im Randbereich
mit einer Vorwölbung
bzw. einem Vorsprung auszugestalten, der dann mit einer entsprechenden
Vertiefung bzw. Ausnehmung in dem Halteelement zusammen wirkt.
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Insgesamt
gesehen eröffnet
dementsprechend die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, Steuerscheiben für Axialkolbenmaschinen
einfacher und kostengünstiger
herzustellen. Gleichzeitig ist allerdings nach wie vor eine exakte
Anordnung und Ausrichtung der Steuerscheibe in der Axialkolbenmaschine
gewährleistet.