DE102007058281A1 - Verdrängermaschine - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einer um eine Drehachse drehbar angeordneten Zylindertrommel, die mit mindestens einer Kolbenausnehmungen versehen ist, in der ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben mittels eines Kontaktkörpers mit einer Laufbahn in Wirkverbindung steht.
- Eine gattungsgemäße, als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildete mehrhubige Verdrängermaschine ist aus der
DE 10 2005 058 323 A1 bekannt. - Die in den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel längsverschiebbar angeordneten Kolben stützen sich mittels als Rollen ausgebildeten Kontaktkörpern auf einer als Hubscheibe ausgebildeten Laufbahn ab. Bei einer mehrhubigen Ausbildung der Verdrängermaschine weist eine derartige Hubscheibe, die mit mehreren nockenförmigen Erhebungen versehen ist, einen hohen Herstellaufwand auf.
- Die Rollen, mittels denen die Kolben an der Hubscheibe abgestützt sind, sind hierbei in den entsprechenden Kolben eingebettet. Hierbei sind entsprechend aufwändig herzustellen Ausnehmungen an der Stirnseite des Kolbens anzubringen, die die Rolle käfigartig umschließen. Die Kolben sind hierbei an einer kreisförmigen Stirnseite von dem anstehenden hydraulischen Druck beaufschlagt, der als Axialkraft über die Rolle an der Hubscheibe abgestützt wird. Da die zur Kraftübertragung zur Verfügung stehende Rechteckfläche der Rolle durch die Anordnung der Rolle innerhalb des Kolbens kleiner als die druckbeaufschlagte kreisförmige Querschnittsfläche des Kolbens ist, treten sowohl an dem Gleitlager zwischen dem Kolben und der Rolle als auch zwischen der Rolle und der Hubbahn hohe Kräfte und Pressungen auf, die den anstehenden hydraulischen Druck begrenzen, wodurch eine derartige Axialkolbenmaschine lediglich mit Drücken im sogenannten Mitteldruckbereich im Bereich von ca. 200 bis ca. 300 bar belastbar sind.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Bauaufwand und eine hohe Leistungsdichte aufweist.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kontaktkörper um eine senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel angeordnete Rotationsachse drehbar gelagert ist und der Kolben mittels eines Exzentertriebs mit dem Kontaktkörper in Wirkverbindung steht. Erfindungsgemäß steht somit der getrennt von dem Kolben angeordnete Kontaktkörper, der mit der Laufbahn in Wirkverbindung steht, über einen Exzentertrieb mit dem Kolben in Wirkverbindung. Der Kolbenhub wird somit über den Exzentertrieb beim Abrollen des Kontaktkörpers an der Laufbahn erzeugt, wodurch an der Laufbahn keine nockenförmigen Erhebungen erforderlich sind und somit die Laufbahn einen geringen Herstellaufwand aufweist. Zudem können durch die getrennte Anordnung des Kontaktkörpers von dem Kolben die Abmessungen des Kontaktkörpers vergrößert werden, wodurch die Kräfte und Pressungen und somit die Belastungen zwischen dem Kontaktkörper und der Laufbahn verringert werden können. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Verdrängermaschine mit erhöhten Drücken betrieben werden, wodurch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine eine erhöhte Leistungsdichte aufweist.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Exzentertrieb eine Pleuelstange auf, die mit dem Kolben in Wirkverbindung steht und an dem Kontaktkörper an einem von der Rotationsachse beabstandeten Gelenkpunkt befestigt ist. Mit einer derartigen Pleuelstange kann auf einfache Weise beim Abrollen des Kontaktkörpers an der Laufbahn eine Hubbewegung des Kolbens und somit der entsprechende Kolbenhub erzielt werden.
- Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Pleuelstange mit dem Kolben gelenkig verbunden ist. Die Axialkräfte des Kolbens können mittels einer gelenkigen Verbindung auf einfache Weise auf die Pleuelstange übertragen werden. Zudem ist es mittels einer derartigen Gelenkverbindung zwischen dem Kolben und der Pleuelstange möglich, die Kolben und die Kolbenausnehmungen parallel zur Drehachse oder geneigt zur Drehachse der Zylindertrommel auszubilden.
- Zweckmäßigerweise ist die Pleuelstange mittels eines Kugelgelenks mit dem Kolben gelenkig verbunden. Mit einem Kugelgelenk kann mit geringem Bauaufwand eine gelenkige Verbindung des Kolbens mit der Pleuelstange erzielt werden.
- Besondere Vorteile ergeben sich, wenn Pleuelstange gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konzentrisch zur Kolbenlängsachse angeordnet ist.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der der Gelenkpunkt einen an dem Kontaktkörper angeordneten wellenförmigen Zapfen auf, an dem die Pleuelstange mittels eines Befestigungsauges gelenkig befestigt ist. Hierdurch kann mit geringem Bauaufwand eine gelenkige Verbindung der Pleuelstange an dem Kontaktkörper erzielt werden.
- Zweckmäßigerweise ist der Kontaktkörper in der Zylindertrommel drehbar gelagert. Hierdurch kann bei einer Rotation der Zylindertrommel auf einfache Weise erzielt werden, dass der Kontaktkörper beim Abrollen auf der Laufbahn drehsynchron mit dem Kolben um die Drehachse der Zylindertrommel umläuft.
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Kontaktkörper von einem auf der Laufbahn abrollenden Wälzkörper gebildet.
- Der Kontaktkörper ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung von einer Zylinderrolle gebildet, die mit einer senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel angeordneten Laufbahn in Verbindung steht. Bei einer Ausbildung des Wälzkörpers als Zylinderrolle, der auf einer ebenen und senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel angeordneten Laufbahn abrollt, ergibt sich eine einfache Herstellung der Laufbahn und somit eine geringer Herstellaufwand der Verdrängermaschine. Die Zylinderrolle kann hierbei mit einer ebenen oder mit einer tonnenförmigen Mantelfläche versehen sein.
- Der Kontaktkörper kann gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung von einer Kegelrolle gebildet ist, die mit einer kegelförmigen Laufbahn in Verbindung steht. Bei Verwendung einer Kegelrolle als Kontaktkörper kann ein vergrößerter Berührbereich zwischen der Laufbahn und dem Kontaktkörper erzielt werden, wodurch die Kräfte und Pressungen zwischen dem Kontaktkörper und der Laufbahn verringert werden können und die Verdrängermaschine mit höheren Drücken betrieben werden kann.
- Zudem kann der Kontaktkörper gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung als Kugel ausgebildet ist, die mit einer senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel angeordnete Laufbahn in Verbindung steht.
- Bei einem als Zylinderrolle, Kegelrolle oder Kugel ausgebildeten Wälzkörper steht der Wälzkörper mit der Laufbahn kraftschlüssig in Verbindung.
- Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung der Kontaktkörper von einem Zahnrad gebildet ist, das mit einer als Verzahnung ausgebildeten Laufbahn in Wirkverbindung steht. Hierdurch ergibt sich eine formschlüssige Verbindung des Kontaktkörpers mit der Laufbahn, wobei bei einer Rotation der Zylindertrommel um die Drehachse einer Drehbewegung des Zahnrades um die Rotationsachse ein bestimmter Kolbenhub zugeordnet ist.
- Das Zahnrad kann hierbei als Stirnrad ausgebildet sein, das mit einer an der Laufbahn ausgebildeten Stirnverzahnung kämmt.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Zahnrad als Kegelrad ausgebildet, wobei die Laufbahn als ein mit einer Verzahnung versehenes Tellerrad ausgebildet ist. Durch die Ausbildung des Zahnrades als Kegelrad kann weiterhin mit geringem Bauaufwand eine axiale Führung des Kontaktkörpers in axialer Richtung der Rotationsachse erzielt werden.
- Zur Erzielung einer Phasenverschiebung der Hubbewegung der Kolben bei einer mit mehreren Kolben versehen Axialkolbenmaschine ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Gelenkpunkte an den Kontaktkörpern in unterschiedlichen Dreheinbaulagen angeordnet sind. Hierdurch wird bei einer als Pumpe arbeitenden Axialkolbenmaschine eine geringe Förderstromungleichförmigkeit und bei einer als Motor arbeitenden Axialkolbenmaschine eine gleichförmige Drehbewegung der Zylindertrommel und somit der Triebwelle erzielt.
- Der Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper kann hierbei gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung kraftschlüssig erfolgen, beispielsweise mittels der Abrollbewegung eines auf der Laufbahn abrollenden Kontaktkörpers.
- Zudem ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung möglich, den Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper formschlüssig durchzuführen, beispielsweise mittels der als Zahnrad ausgebildeten Kontaktkörpers und der als Verzahnung ausgebildeten Laufbahn.
- Zudem kann der Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper mittels exzentrisch angeordneter Schubstangen erfolgen, mittels denen die Kontaktkörper gekoppelt sind.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
-
1 eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine in einem Längsschnitt, -
2 einen Schnitt entlang der Linie A-A der1 , -
3 eine Abwicklung der erfindungsgemäßem Verdrängermaschine. - In der
1 ist eine beispielsweise als Schrägscheibenmaschine ausgebildete, erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine1 in einem Längsschnitt dargestellt. - Die Axialkolbenmaschine
1 weist eine um eine Drehachse D drehbar gelagerte Zylindertrommel2 auf, die mit mehreren konzentrisch und parallel zur Drehachse D angeordneten Kolbenausnehmungen3 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben4 längsverschiebbar gelagert ist. - Die Zylindertrommel
2 stützt sich in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche5 ab, die mit nierenförmigen Steuerschlitzen versehen ist, die einen Einlassanschluss6 und einen Auslassanschluss7 der Axialkolbenmaschine1 bilden. - Die Zylindertrommel
2 ist für jede Kolbenausnehmung3 mit einem Verbindungskanal8 versehen, die bei einer Drehung der Zylindertrommel2 eine Verbindung des von der Kolbenausnehmung3 und dem Kolben4 gebildeten Verdrängerraums9 mit dem Einlassanschluss6 sowie dem Auslassanschluss7 ermöglichen. - Die Zylindertrommel
2 ist weiterhin mit einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Triebwelle10 drehfest verbunden, beispielsweise mittels einer Verzahnung11 . - Zur Beauschlagung der Zylindertrommel
2 in Richtung der Steuerfläche5 ist eine Feder13 vorgesehen. - An einem Gehäuse
12 der Axialkolbenmaschine1 ist eine Laufbahn15 ausgebildet, an der die Kolben4 mittels eines Kontaktkörpers16 zur Huberzeugung in Wirkverbindung stehen. Der Kontaktkörper16 ist hierbei um eine senkrecht zur Drehachse D der Zylindertrommel2 angeordnete Rotationsachse R drehbar gelagert. Die Laufbahn15 kann hierbei an dem Gehäuse14 einstückig oder mehrstückig ausgebildet werden. - Erfindungsgemäß steht der Kolben
4 mittels eines Exzentertriebs20 mit dem Kontaktkörper16 in Wirkverbindung. Der Exzentertrieb20 weist hierbei eine als Druckstange ausgebildete Pleuelstange21 auf, die mit dem Kolben4 beispielsweise mittels eines Kugelgelenks22 gelenkig verbunden ist. An der Pleuelstange21 ist hierbei eine Gelenkkugel21a ausgebildet, die in einer stirnseitigen Ausnehmung4a des Kolbens4 angeordnet ist. Zur gelenkigen Verbindung der Pleuelstange21 mit dem Kontaktkörper16 ist ein Gelenkpunkt23 vorgesehen, der einen wellenförmigen Zapfen24 aufweist, an dem die Pleuelstange21 beispielsweise mittels eines Befestigungsaugens21b gelenkig befestigt ist. Der Gelenkpunkt23 ist hierbei von der Rotationsachse R des Kontaktkörpers16 beabstandet und bildet hierbei die Exzentrizität E des Exzentertriebs20 , die bei einer Drehbewegung des Kontaktkörpers16 um die Rotationsachse R den Kolbenhub des Kolbens4 bestimmt. - Die Pleuelstange
21 ist hierbei koaxial zur Kolbenlängsachse K des Kolbens4 angeordnet. - Der Kontaktkörper
16 ist in der Zylindertrommel2 drehbar gelagert. Hierzu ist – wie in Verbindung mit der2 ersichtlich ist – die Zylindertrommel2 am Außenumfang mit einem axialen, kragenförmigen Fortsatz2a versehen, der mit Lagerbohrungen26 versehen ist, in denen die Kontaktkörper16 mittels jeweils eines entsprechenden Lagerzapfens27 drehbar gelagert sind. - Die Kontaktkörper
16 sind gemäß den1 bis3 als Zahnräder16a ausgebildet, die mit einer entsprechenden an der Laufbahn15 ausgebildeten Verzahnung6a in Eingriff stehen. Die Kontaktkörper16 sind hierbei als Kegelräder und die Laufbahn6 als entsprechendes Tellerrad ausgebildet, so dass die Kontaktkörper16 zusammen mit der Laufbahn6 ein Kegelradgetriebe bildet. - Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
1 weist erfindungsgemäß mehrere Kolben4 auf, beispielsweise – wie in der2 dargestellt – vier um 90° bezüglich der Drehachse D versetzt angeordnete Kolben. In der3 ist eine Abwicklung der Axialkolbenmaschine1 gemäß den1 und2 dargestellt, wobei ersichtlich ist, dass zur Erzielung einer Phasenverschiebung der Kolben4 die Gelenkpunkte23 an den entsprechenden Kontaktkörpern16 unterschiedliche Dreheinbaulagen aufweisen. - Über die als Zahnräder
16a ausgebildeten Kontaktkörper16 und der an der Laufbahn6 angeordneten Verzahnung6a wird hierbei mittels der formschlüssigen Verbindung zwischen den Verzahnungen auf einfache Weise ein Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper16 und somit eine Synchronisierung der Drehbewegung der Kontaktkörper16 bei einer Relativbewegung der Zylindertrommel2 bezüglich der Laufbahn6 erzielt. - Durch das Verhältnis des Umfanges der Laufbahn
6 zum Umfang der Kontaktkörper16 kann hierbei auf einfache Weise die Umdrehungszahl der Kontaktkörper16 bei einer Umdrehung der Zylindertrommel2 festgelegt werden, wodurch auf einfache Weise ein oder mehrere Kolbenhübe pro Umdrehung der Zylindertrommel2 erzielt werden können und somit eine mehrhubige Axialkolbenmaschine auf einfache Weise erzielt werden kann. - Der Kolbenhub des Kolbens
4 wird hierbei über den Exzentertrieb20 beim Abrollen des als Kegelrad ausgebildeten Kontaktkörpers16 an der von dem Tellerrad gebildeten Laufbahn6 erzeugt. Derartige Kegelräder und eine Tellerrad sind auf einfache Weise herstellbar, wobei weiterhin über ein entsprechendes Durchmesserverhältnis der Kegelräder und des Tellerrades eine mehrhubige Axialkolbenmaschine1 erzielbar ist. - Zudem können durch die getrennte Anordnung des Kontaktkörpers
16 von dem Kolben4 die Abmessungen des Kontaktkörpers16 vergrößert werden, wodurch die Kräfte und Pressungen und somit die Belastungen zwischen dem Kontaktkörper16 und der Laufbahn6 verringert werden können. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Verdrängermaschine mit erhöhten Drücken betrieben werden. - Insgesamt wird somit eine mehrhubige Axialkolbenmaschine
1 erzielt, die bei geringem Bauaufwand mit hohen Drücken betreibbar ist und somit eine hohe Leistungsdichte aufweist. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005058323 A1 [0002]
Claims (18)
- Hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit einer um eine Drehachse drehbar angeordneten Zylindertrommel, die mit mindestens einer Kolbenausnehmung versehen ist, in der ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei der Kolben mittels eines Kontaktkörpers mit einer Laufbahn in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) um eine senkrecht zur Drehachse (D) der Zylindertrommel (2 ) angeordnete Rotationsachse (R) drehbar gelagert ist und der Kolben (4 ) mittels eines Exzentertriebs (20 ) mit dem Kontaktkörper (16 ) in Wirkverbindung steht. - Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzentertrieb (
20 ) eine Pleuelstange (21 ) aufweist, die mit dem Kolben (4 ) in Wirkverbindung steht und an dem Kontaktkörper (16 ) an einem von der Rotationsachse (R) beabstandeten Gelenkpunkt (23 ) befestigt ist. - Verdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (
21 ) mit dem Kolben (4 ) gelenkig verbunden ist. - Verdrängermaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (
21 ) mittels eines Kugelgelenks (22 ) mit dem Kolben (4 ) gelenkig verbunden ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (
21 ) konzentrisch zur Kolbenlängsachse (K) des Kolbens (4 ) angeordnet ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkpunkt (
23 ) einen an dem Kontaktkörper (16 ) angeordneten wellenförmigen Zapfen (24 ) umfasst, an dem die Pleuelstange (21 ) mittels eines Befestigungsauges (21b ) gelenkig befestigt ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) in der Zylindertrommel (2 ) drehbar gelagert ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) von einem auf der Laufbahn (6 ) abrollenden Wälzkörper gebildet ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) von einer Zylinderrolle gebildet ist, die mit einer senkrecht zur Drehachse (D) der Zylindertrommel (2 ) angeordneten Laufbahn (6 ) in Verbindung steht. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) von einer Kegelrolle gebildet ist, die mit einer kegelförmigen Laufbahn (6 ) in Verbindung steht. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) als Kugel ausgebildet ist, die mit einer senkrecht zur Drehachse (D) der Zylindertrommel (2 ) angeordneten Laufbahn (6 ) in Verbindung steht. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktkörper (
16 ) von einem Zahnrad (16a ) gebildet ist, das mit einer als Verzahnung (6a ) ausgebildeten Laufbahn (6 ) in Wirkverbindung steht. - Verdrängermaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (
6a ) als Stirnrad ausgebildet ist, wobei die Laufbahn (6 ) mit einer Stirnverzahnung versehen ist. - Verdrängermaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (
6a ) als Kegelrad ausgebildet ist, wobei die Laufbahn (6 ) als ein mit einer Verzahnung (6a ) versehenes Tellerrad ausgebildet ist. - Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer Phasenverschiebung der Hubbewegung der Kolben (
4 ) die Gelenkpunkte (23 ) an den Kontaktkörpern (16 ) in unterschiedlichen Dreheinbaulagen angeordnet sind. - Verdrängermaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper (
16 ) kraftschlüssig erfolgt. - Verdrängermaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper (
16 ) formschlüssig erfolgt. - Verdrängermaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich der Drehbewegung der Kontaktkörper (
16 ) die Kontaktkörper (16 ) mittels exzentrisch angeordneter Schubstangen gekoppelt sind.
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DE102005058323A1 (de) | 2005-02-26 | 2006-08-31 | Linde Ag | Mehrhubige hydrostatische Axialkolbenmaschine |
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2007
- 2007-12-04 DE DE200710058281 patent/DE102007058281A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
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Legal Events
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