-
Die
Erfindung betrifft ein hydrostatisches Schrägachsenentriebwerk mit einem
Synchronisierungsgelenk zur Winkel-verstellbaren Triebverbindung
einer Triebwelle mit einem Verdrängerkolben aufweisenden
Zylinderblock gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
-
Schrägachsen-Triebwerke
besitzen eine Zylindertrommel, die um ihre Längsmittelachse drehbar gelagert
ist und auf ihrem Umfang verteilt Zylinderbohrungen besitzt, in
denen Verdrängerkolben
verschiebbar sind. Derartige Schrägachsentriebwerke können als
Pumpe oder Motor eingesetzt werden. Zur Verstellung des Volumenstroms
bzw. des Schluckvolumens der Einheit ist der Zylinderblock um eine
quer zu seiner Drehachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar, wodurch
die Längsmittelachse
des Zylinderblocks einen verstellbaren Winkel mit der Achse der
Triebwelle bildet. Die Kolben stützen
sich dabei am Triebflansch der Welle unter dem einstellbaren Winkel
gelenkig ab. Die Verbindung zwischen Zylinderblock und Triebwelle
wird durch ein Synchronisierungsgelenk hergestellt, an dessen Enden
an- und abtriebsseitig jeweils seitlich abstehende Rollenträger vorgesehen
sind, die eine etwa rechtwinklig zur Gelenkachse verlaufende Drehachse
für an
den Rollenträgern
vorgesehene Rollen festlegen. Durch das Synchronisierungsgelenk
wird die Drehmomentübertragung
zwischen der Welle und dem winklig dazu stehenden Zylinderblock gewährleistet.
Im normalen Betrieb ist zwar das Synchronisierungsgelenk an sich
weitgehend kräftefrei. Aber
bei inhomogenen Belastungen, wie sie durch schnelle Druckpulse in
der Versorgung oder bei Verzögerungen
der Zylindertrommel bzw. der Triebwelle verursacht werden, können am
Synchronisierungsgelenk durchaus auch hohe Momente auftreten.
-
In
einer Axialkolbenmaschine der beschriebenen Schrägachsenbauart fallen der Schwenkpunkt des
Zylinderblocks zur Welle und der des Synchronisierungsgelenks nicht
zusammen.
-
Das
Synchronisierungsgelenk ist deshalb als Verschiebegelenk ausgebildet,
mit dem der erforderliche Längenausgleich
bewerkstelligt wird. Hierzu weist das Synchronisierungsgelenk einen
im Wesentlichen zylindrischen Schaft auf, an dessen beiden Enden
jeweils ein in Richtung etwa der Gelenkachse ausgerichteter Verbindungsstift
vorgesehen ist, mit dem das Synchronisierungsgelenk unter Federkraft
auf einer Seite am Zylinderblock und auf der anderen Seite an der
Triebwelle anliegt. Diese Druckfeder hat zudem die Aufgabe, die
nötige
Kraft zur Abdichtung der rotierenden Zylindertrommel gegenüber dem
nichtrotierenden Ventilsegment aufzubringen. Dies gilt in besonderem
Maße für den drucklosen
Zustand, bspw. beim Anfahren des Motors. Diese Federkraft muss jedenfalls
vom Synchronisierungsgelenk übertragen
werden. Aufgrund der Kinematik beim Verschwenken der Zylindertrommel
ist es dabei erforderlich, dass die Rollenträger so ausgebildet sind, dass
die Verschiebbarkeit der Rollen auf den Rollenträgern gewährleistet ist.
-
Schrägachsentriebwerke
der beschriebenen Art sind bspw. bekannt aus der Firmenschrift Sauer Sundstrand,
Schrägachsen-Verstellmotoren
Baureihe 51, Seite 5A, Dezember 1992.
-
Die
Montage bzw. Demontage des Synchronisierungsgelenks gestaltet sich
relativ kompliziert, weil die einzelnen Bauteile, insbesondere Rollen
und Verbindungsstifte, erst im eingebauten Zustand in ihrer vorgesehenen
Lage fest positioniert sind und zur Montage mit Hilfsmitteln provisorisch
fixiert werden müssen.
Ein herkömmliches
Mittel ist Fett, welches die Teile vorübergehend in Position hält und bei
der Inbetriebnahme des Schrägachsentriebwerks
vom umgebenden Öl
abgewaschen wird, wodurch aber auf das Öl und die zu seiner Reinigung
erforderlichen Filter verschmutzen.
-
Mit
der Erfindung soll ein montagefreundliches Schrägachsentriebwerk geschaffen
werden.
-
Erfindungsgemäß wird das
Ziel bei einem Schrägachsentriebwerk
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch erreicht, dass an den
beiden Enden des Schaftes je ein Sicherungselement vorgesehen ist,
das sowohl den Verbindungsstift im Bereich der Gelenkachse in Anlage
am Schaft hält
als auch die Rollen vor einem Abgleiten von den Rollenträgern sichert.
Auf diese weise ist es möglich,
das komplette, bevorzugt als Tripodegelenk ausgebildete Synchronisierungsgelenk
als eine Baugruppe bereitzustellen, die einfach gehandhabt und montiert
werden kann, ohne dass die Gefahr des Herausfallens von Rollen oder
Stiften oder eines fehlerhaften Einbaus besteht.
-
In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung liegen die Verbindungsstifte
jeweils mit einem kugelförmigen
Kopf in einer sich trichterförmig
erweiternden Ausnehmung des Schaftes an, so dass sie im Betrieb
des Schrägachsentriebwerks
frei rotieren können.
-
Das
erfindungsgemäße Sicherungselement weist
mit Vorteil einen die Gelenkachse umgebenden Mittelteil auf, welcher
den kugelförmigen
Kopf des jeweiligen Verbindungsstiftes in Anlage am Schaft hält. Der
Mittelteil des Sicherungselements weist vorzugsweise eine radiale
Ausnehmung auf, mit der das Sicherungselement über den Verbindungsstift schiebbar
ist. Der kugelförmige
Kopf des Verbindungsstiftes wird dabei in Anlage am Schaft gehalten,
weil sich der Mittelteil des Sicherungselements zum Schaft hin konisch
auf einen Durchmesser verjüngt,
der kleiner ist als der Durchmesser des Kopfes des Verbindungsstiftes.
Damit lassen sich das Sicherungselement und der Verbindungsstift
in einfacher Weise am Schaft des Synchronisierungsgelenks fixieren.
-
Der
Mittelteil des Sicherungselements ist bevorzugt trichterförmig, als
Konus- oder Kugelschicht ausgebildet und folgt im Wesentlichen der
Kontur der stirnseitigen Ausnehmungen im Schaft des Synchronisierungsgelenks.
Dadurch erhält
der Verbindungsstift ausreichend Raum, um die erforderlichen Schwenkbewegungen
ausführen
zu können.
-
Besonders
vorteilhaft ist, wenn das Sicherungselement radial zur Gelenkachse
sich nach außen
erstreckende Arme aufweist, welche die Rollen innen durchgreifen
und die Arme des Sicherungselements an ihrem freien Ende einen Absatz
aufweisen, der die Rollen gegen ein Abgleiten vom Rollenträger sichert.
Die Arme des Sicherungselements sind federnd ausgebildet und werden
zur Montage der Rollen in Längsnuten
der Rollenträger
gedrückt,
so dass die Rollen über
den Rollenträger
und den in die Längsnut
gedrückten
Arm des Sicherungselements geschoben werden können. Danach kehrt der Arm wieder
in seine Ausgangslage zurück
und sichert mit dem endseitigen Absatz die Rolle gegen ein Abgleiten
vom Rollenträger.
Zugleich hält
auf diese Weise der Mittelteil des Sicherungselements den Verbindungsstift
in Anlage am Schaft.
-
Der
Schaft mit den Rollenträgern
ist vorzugsweise als Guss- oder Schmiedeteil hergestellt. Das Sicherungselement
besteht aus elastischem Material, das ölbeständig und abriebfest ist. Es
wird vorzugsweise im Spritzgießverfahren
aus Kunststoff oder aus metallischem Werkstoff, wie bspw. Federstahl
in einem Stanz- oder Biegeprozess oder durch Feinguss nach dem Wachsausschmelzverfahren bzw.
durch metal injection molding hergestellt.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Figuren.
-
Es
zeigen:
-
1:
Ein Schrägachsentriebwerk
nach der Erfindung.
-
2:
Die Einzelteile des Synchronisierungsgelenks.
-
3:
Den Wellenkörper
des Synchronisierungsgelenks in perspektivischer und frontaler Ansicht.
-
4:
Das Sicherungselement.
-
5:
Den Verbindungsstift.
-
6:
Das Synchronisiergelenk im Längsschnitt.
-
In 1 ist
ein erfindungsgemäßes Schrägachsentriebwerk 1 in
Form eines Hydromotors dargestellt. Grundsätzlich kann die Einheit aber
auch als Pumpe betrieben werden. Das Triebwerk 1 weist
einen Zylinderblock 6 auf, der um seine Längsmittelachse
drehbar gelagert ist und auf seinem Umfang verteilt Zylinderbohrungen 7 besitzt,
in denen Verdrängerkolben 5 verschiebbar
sind. Der Zylinderblock 6 ist um eine quer zu seiner Drehachse
verlaufende Schwenkachse schwenkbar im Gehäuse gelagert, so dass die Längsmittelachse
des Zylinderblocks 6 einen verstellbaren Winkel mit der
Achse der Triebwelle 3 bildet, die ihrerseits fest in einem
Lager 10 im Gehäuse 11 gelagert
ist. Die Verdrängerkolben 5 stützen sich
dabei am Triebflansch 4 der Welle 3 unter dem
eingestellten Winkel gelenkig ab. Die Einstellung erfolgt mittels
einer Verstellvorrichtung 9, mit der ein am Zylinderblock 6 angebrachtes
Ventilsegment 8 verschwenkt werden kann.
-
Die
Triebverbindung zwischen dem Zylinderblock 6 und der Triebwelle 3 wird
durch ein Synchronisierungsgelenk 2 hergestellt, das als
Tripodegelenk ausgebildet ist. Es weist einen im Wesentlichen zylindrischen
Schaft 13 auf, der an seinen Enden jeweils mit Rollen 17 im
Triebflansch und im Zylinderblock 6 gelagert und gegen
diese über
Verbindungsstifte 14 unter Federbelastung durch eine Feder 15 abgestützt ist.
In die Triebwelle 3 und den Zylinderblock 6 sind Laufbahnen
für die
Rollen 17 eingebracht, die so ausgelegt sind, dass das
Synchronisierungsgelenk 2 in der Triebwelle 3 und
im Zylinderblock 6 verschiebbar ist. Die Rollen weisen
zu diesem Zweck eine sphärische
Außenkontur
auf. Auf diese Weise kann ein Längenausgleich
für unterschiedliche
Schwenkwinkel erfolgen. Die Druckfeder 15 ist in der Triebwelle 3 eingebaut.
Ihre Andruckkraft wird bis zum Zylinderblock 6 übertragen.
-
Wie
in 2 im Einzelnen dargestellt ist, besteht das als
Tripodegelenk ausgebildete Synchronisierungsgelenk 2 im
Wesentlichen aus zwei Kugelsternen und einem zylindrischen Schaft 13,
der die beiden Kugelsterne miteinander verbindet. Der in Richtung
der Gelenkachse 12 ausgerichtete Schaft 13 weist
hierzu an seinen beiden Enden jeweils drei Rollenträger 16 auf,
die jeweils eine senkrecht zur Gelenkachse 12 orientierte
Rollenachsel 8 für
die Rollen 17 festlegen, mit denen das Synchronisierungsgelenk 2 auf
der einen Seite im Triebflansch und auf der anderen Seite im Zylinderblock
gelagert ist. Das Synchronisierungsgelenk 2 stützt sich
unter dem Andruck der im Triebflansch bzw. in der Triebwelle vorgesehenen
Druckfeder nach beiden Seiten über
jeweils einen Verbindungsstift 14 am Zylinderblock und
an der Triebwelle ab.
-
Die
Rollenträger 16 sind
um jeweils 120° gegeneinander
versetzt, stehen senkrecht vom Schaft 13 ab und weisen
jeweils eine Längsnut 26 zur
Aufnahme eines Armes 24 des Sicherungselements 19 auf.
Dieses Sicherungselement 19 dient sowohl dazu, ein Abgleiten
der Rollen 17 von den Rollenträgern 16 zu verhindern
als auch den Verbindungsstift 14 in Anlage in der jeweiligen
kugel- oder trichterförmigen Ausnehmung 21 in
der Stirnseite des Wellenkörpers 13 zu
halten, wie nachfolgend noch im Einzelnen beschrieben wird.
-
In 3 sind
nochmals der Schaft 13 und die beiderseitigen Rollenträger 16 in
frontaler (a) und in perspektivischer Sicht (b) dargestellt. Stirnseitig
ist im Schaft 13 jeweils eine kugelförmige Ausnehmung 21 vorgesehen,
in welcher der im Betrieb frei rotierende Verbindungsstift 14 anliegt.
Eine Bohrung 27, die der Versorgung mit Schmieröl dient,
durchsetzt den Schaft 13 längs der Gelenkachse 12.
Die Rollenträger 16 weisen
jeweils in etwa mit der Stirnseite des Schafts 13 ausgerichtete
Längsnuten 26 für die Arme des
Sicherungselements auf.
-
4 zeigt
das Sicherungselement 19, das aus einem die Gelenkachse 12 umgebenden
Mittelteil 22 und drei um jeweils 120° gegeneinander versetzten Armen 24 besteht,
die den Längsnuten
an den Rollenträgern
entsprechen und an ihrem Ende jeweils einen Absatz 25 aufweisen,
der zur Sicherung der jeweiligen Rolle dient. Der Mittelteil 22 ist
als trichterförmige
Konusschicht oder als Kugelschicht geformt und entspricht der Kontur
der Ausnehmungen auf den Stirnseiten des Tripodegelenks. Der Innenraum
der Konus- bzw. Kugel schicht bietet dabei ausreichend Platz, um
die im Betrieb des Schrägachsentriebwerks
auftretenden Schiefstellungen der Verbindungsstifte zu gewährleisten.
Das Sicherungselement 19 verjüngt sich in Richtung zum Schaft
des Tripodegelenks, so dass der Kopf des nachfolgend beschriebenen
Verbindungsstiftes bei der Montage in Anlage an der jeweiligen stirnseitigen Ausnehmung
gehalten wird. Der Mittelteil 22 des Sicherungselements
ist außerdem
geschlitzt und weist dadurch eine radiale Ausnehmung 23 auf,
durch die der Verbindungsstift zur Montage eingeführt werden kann.
Der freie Durchmesser des Mittelteils in diesem Bereich entspricht
dabei dem Durchmesser des Schaftes des Verbindungsstiftes. Schmierölnuten 28 ermöglichen
eine optimierte Verteilung des Schmieröls im Umfeld um den im Betrieb
frei rotierenden Verbindungsstift.
-
In 5 ist
der erfindungsgemäße Verbindungsstift 14 dargestellt.
Er besteht aus zwei kugelförmigen
Köpfen 20 und
einem zylindrischen Verbindungsschaft 29, der einen geringeren
Durchmesser als der tripodegelenkseitige Kopf 20 aufweist,
so dass der Verbindungsstift 14 in die radiale Ausnehmung
im Mittelteil des Sicherungselements eingeführt werden kann. Querbohrungen
im Kopf 20 des Verbindungsstiftes sowie die Längsbohrung 31 sorgen
wiederum für
den Transport und die Verteilung von Schmieröl.
-
Die 6 zeigt
das montagefertige Tripodegelenk im Längsschnitt. Dargestellt sind
die durch den Schaft 13 verbundenen Rollenträger 16,
auf denen die Rollen 17 verschieblich angebracht sind.
Die Rollen sind dabei um die Rollenachse 18 drehbar. Stirnseitig
weist der Schaft 13 zu beiden Seiten je eine kugelförmige Ausnehmung 21 auf,
in der der kugelförmige
Kopf 20 des Verbindungsstiftes 14 frei rotieren
kann. Die Längsbohrungen 27, 31 sorgen
für eine
ausreichende Versorgung mit Schmieröl.
-
Die
beiden Sicherungselemente 19 halten auf beiden Seiten des
Schaftes 13 mit ihrem jeweiligen Mittelteil 22 den
kugelförmigen
Kopf 20 des Verbindungsstiftes 14 in Anlage an
der Ausnehmung 21. Diese Mittelteil 22 folgt dabei
der Kontur der Ausnehmung 21 und erweitert sich trichterförmig nach
außen,
so dass der Verbindungsstift 14 den für seine Schwenkbewegung nötigen Raum
hat. Die Arme 24 des Sicherungselements 19 sind
den Längsnuten 26 in
den Rollenträgern 16 zugeordnet.
Die Längsnuten 26 sind
dabei so gestaltet, dass die elastisch verformbaren Arme 24 des
Sicherungselements 19 so weit in die jeweilige Längsnut 26 gedrückt werden
können, dass
die Rollen 17 auf die Rollenträger 16 geschoben werden
können.
Danach federn die Arme 24 wieder zurück und sichern die Rollen 17 mit
den endständigen
Absätzen 25 gegen
ein Abgleiten von den Rollenträgern 16.
Dadurch dass die Arme 24 des Sicherungselements 19 die
Rollen 17 von innen durchgreifen, ist auch sein den Kopf 20 des
Verbindungsstiftes 14 haltender Mittelteil 22 fixiert.
Damit kann bei der Montage das Synchronisierungsgelenk als eine
Baueinheit gehandhabt werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass
Rollen oder Verbindungsstifte herausrutschen oder fehlerhaft eingebaut
werden.
-
Der
Grundkörper
des erfindungsgemäßen Gelenks
kann als Guss- oder Schmiedeteil, wie in 3 dargestellt,
hergestellt werden, wobei im Rohteil bereits die stirnseitigen Ausnehmungen
und die Nuten zur Aufnahme der Arme des Sicherungselements ausgebildet
werden können.
Die beiden Sicherungselemente bestehen aus Kunststoff oder einem
metallischen Werkstoff, bspw. Federstahl. Ein solches Sicherheitselement
muss ausreichend formbeständig
sein, den im Triebwerk auftretenden Temperaturen standhalten und
abriebfest sein, weil ein etwaiger, durch die Rotationsbewegung
verursachter Abrieb über
das umgebende Öl
direkt ins System gelangt. Das Sicherheitselement kann bspw. aus
Kunststoff hergestellt, der gegebenenfalls kohle- oder glasfaserverstärkt ist
und dem reibungsminderndes PTFE beigesetzt ist. Für die Herstellung
bietet sich das Spritzgießverfahren
an. Metallische Werkstoffe, wie Stahl oder Bronze eignen sich ebenfalls
und können
im Stanz- und Biegeverfahren entsprechend bearbeitet werden. In
jedem Falle müssen
die Arme des Sicherheitselements ausreichend elastisch deformierbar
sein, damit die Montage des Synchronisierungsgelenks mit den unter
Vorspannung stehenden Armen des Sicherheitselements in einfacher
Weise erfolgen kann.
-
- 1
- Schrägachsentriebwerk
- 2
- Synchronisierungsgelenk
- 3
- Triebwelle
- 4
- Triebflansch
- 5
- Verdrängerkolben
- 6
- Zylinderblock
- 7
- Zylinderbohrung
- 8
- Ventilsegment
- 9
- Verstelleinrichtung
- 10
- Lager
- 11
- Gehäuse
- 12
- Gelenkachse
- 13
- Schaft
- 14
- Verbindungsstift
- 15
- Druckfeder
- 16
- Rollenträger
- 17
- Rolle
- 18
- Rollenachse
- 19
- Sicherungselement
- 20
- Kugelförmiger Kopf
- 21
- Ausnehmung
- 22
- Mittelteil
des Sicherungselements
- 23
- Radiale
Ausnehmung
- 24
- Arm
des Sicherungselements
- 25
- Absatz
- 26
- Längsnut
- 27
- Bohrung
im Schaft
- 28
- Schmierölnut
- 29
- Verbindungsschaft
- 30
- Querbohrung
- 31
- Längsbohrung