DE102007058859A1

DE102007058859A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102007058859A1
Application number: DE102007058859A
Authority: DE
Inventors: Manfred KÜHNE
Original assignee: Hydac Electronic GmbH
Current assignee: Hydac Electronic GmbH
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009071319A1; EP2215360A1; US20110243780A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (1), insbesondere eine Axialkolbenpumpe oder ein Axialkolbenmotor, mit einem in einer Zylinderbohrung (20) verschiebbar gelagerten und einen Verdrängungsraum (22) begrenzenden Verdrängerkolben (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander zugeordnete und den Verdrängungsraum (22) begrenzende Verdrängerkolben (24, 26) in einer gemeinsamen Zylinderbohrung (20) gegensinnig zueinander verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe oder einen Axialkolbenmotor, mit einem in einer Zylinderbohrung verschiebbar gelagerten und einen Verdrängungsraum begrenzenden Verdrängerkolben.
Derartige Axialkolbenmaschinen können als Pumpen oder als Motoren eingesetzt werden. Im Pumpenbetrieb wird mechanische Energie in hydrostatische umgewandelt, wobei die mechanische Energie beispielsweise durch einen Elektromotor bereitgestellt werden kann. Im Motorbetrieb erfolgt eine Umwandlung von hydrostatischer Energie in mechanische Energie, die beispielsweise an einen elektromechanischen Generator gekoppelt werden kann und dadurch elektrische Energie erzeugt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine bereitzustellen, welche vielseitig einsetzbar ist. In einer Ausführungsart soll bei kompakter Bauweise ein dauerhaft zuverlässiger Betrieb gewährleistet sein.
Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Axialkolbenmaschine gelöst. Besondere Ausführungsarten sind in den Unteransprüchen bestimmt.
In einer Ausführungsart weist die Axialkolbenmaschine zwei einander zugeordnete und den Verdrängungsraum begrenzende Verdrängerkolben auf, die in einer gemeinsamen Zylinderbohrung gegensinnig zueinander verschiebbar sind. Die Längsachse der Zylinderbohrung kann dabei koaxial zu der Hubachse oder einer Symmetrieachse mindestens eines, vorzugsweise beider Verdrängungskolben sein. Die Verdrängerkolben können sich jeweils gleichzeitig aufeinander zu bewegen und voneinander weg bewegen, und dadurch mit verhältnismäßig kleinen Hüben eine große Volumenänderung bewirken. Die Axialkolbenmaschine realisiert damit ein neues Funktionsprinzip unter Verwendung von zwei Gegenkolben in einer gemeinsamen Zylinderbohrung.
Ein Vorteil besteht in der weitgehenden Freiheit von axialen Kräften auf die Kolbentrommel und/oder die Antriebswelle im Betrieb aufgrund des Gegenkolbenprinzips. Die Komponenten der Axialkolbenmaschine zentrieren sich axial und/oder radial in Bezug auf die Antriebsachse selbst. Es treten nur geringe oder keine axialen Kräfte auf die Lager der Antriebswelle auf.
In einer Ausführungsart kann die Zylinderbohrung in einer Zylindertrommel angeordnet sein, die auf einer Umfangslinie um eine vorzugsweise zentrische Längsachse eine Vielzahl von Zylinderbohrungen aufweist, in denen jeweils zwei Verdrängerkolben gegensinnig zueinander verschiebbar sind. In einer Ausführungsart ist durch die gegensinnige Verschiebbarkeit der beiden Verdrängerkolben bei gegebenen Zylindervolumen ein im Vergleich zu bekannten Axialkolbenmaschinen geringerer Kolbenhub erforderlich, so dass die Kolbengeschwindigkeit entsprechend herabgesetzt ist. In einer Ausführungsart kann auf Laufbuchsen für die Verdrängerkolben verzichtet werden.
In einer Ausführungsart sind die zwei einander zugeordneten Verdrängerkolben in der gemeinsamen Zylinderbohrung einander gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere können die Stirnflächen der Verdrängerkolben einander zugewandt sein und jeweils eine axiale Begrenzung des Verdrängungsraums bilden.
In einer Ausführungsart ist eine Einlassöffnung und/oder eine Auslassöffnung der Zylinderbohrung zwischen den beiden Verdrängerkolben angeordnet, vorzugsweise mittig zwischen den beiden Verdrängerkolben. Die Einlassöffnungen und die Auslassöffnungen können jeweils zu einer Niederdruckseite oder zu einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine hin in Einlasskanälen bzw. Auslasskanälen zusammengeführt sein und mit einem Niederdruckanschluss bzw. Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine verbunden sein.
In einer Ausführungsart verläuft die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung der Zylinderbohrung mindestens abschnittsweise, insbesondere an ihrem an die Zylinderbohrung anschließenden Abschnitt, schräg und insbesondere quer zu einer Längsachse der Zylinderbohrung. Vorzugsweise schließt die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung mit der Längsachse der Zylinderbohrung einen Winkel zwischen 10 und 90° ein. Insbesondere in dem Fall, dass die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung nach radial innen in Bezug auf eine Antriebsachse der Axialkolbenmaschine verläuft, beträgt der Winkel vorzugsweise zwischen 45 und 75°. Die Erstreckung der Öffnungen kann mindestens abschnittsweise geradlinig oder gekrümmt sein.
In einer Ausführungsart wird der Verdrängungsraum radial angeströmt, jedenfalls ist die Strömungskomponente in Radialrichtung größer als in Axialrichtung. In einer Ausführungsart sind die Querschnittsflächen der Einlass- und Auslasskanäle vom Medienanschluss zum Verdrängungsraum hin, einschließlich der Einlass- und Auslassöffnungen zum Verdrängungsraum, konstant oder werden sogar größer, um eine Druckreduktion und eine dadurch verursachte Bildung von Kavitäten in dem beförderten Medium zu verhindern. Dadurch ist die Effizienz der Axialkolbenmaschine erhöht.
In einer Ausführungsart ist die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung an einer Mantelfläche der Zylinderbohrung angeordnet. Die axialen stirnseitigen Endflächen des Verdrängungsraumes sind durch die Verdrängerkolben gebildet. Die Einlassöffnung und/oder die Auslassöffnung erstreckt sich mindestens abschnittsweise, insbesondere an ihrem an die Zylinderbohrung anschließenden Abschnitt, in Bezug auf eine Längsachse der Zylinderbohrung radial nach innen oder radial nach außen, insbesondere schräg, d. h. mit einem Winkel zwischen 0 und 90° zur Längsachse, oder quer, d. h. mit einem Winkel von 90° zur Längsachse. Dort kann als Einlass- oder Auslasskanal eine Sammelleitung angeordnet sein, welche die Einlassöffnungen und/oder Auslassöffnungen an den Anschluss einer Niederdruckseite oder an den Anschluss einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine führt. In einer Ausführungsart kann der Anschluss für die Niederdruckseite und/oder der Anschluss für die Hochdruckseite an den axialen Stirnflächen eines Gehäuses der Axialkolbenmaschine angeordnet sein, insbesondere zentrisch in Bezug auf eine Antriebsachse.
In einer Ausführungsart ist zwischen den beiden einander zugeordneten Verdrängerkolben ein Kraftspeicher angeordnet, der die beiden Verdrängerkolben auseinanderdrückt und in Anlage an der jeweiligen Schrägscheibe hält. Der Kraftspeicher kann in dem Verdrängungsraum angeordnet sein und beispielsweise durch eine Schraubenfeder gebildet sein. Durch den Kraftspeicher ist insbesondere sowohl beim Starten der Axialkolbenmaschine eine definierte Position der Verdrängerkolben gegeben, und damit ein sicherer Anlauf der Axialkolbenmaschine gewährleistet, als auch beim Betrieb der Axialkolbenmaschine auf der Einlassseite die Anlage der Verdrängerkolben an der ihnen zugeordneten Schrägscheibe gewährleistet.
In einer Ausführungsart können die Verdrängerkolben auch durch einen Formschluss in Anlage an der jeweiligen Schrägscheibe gehalten sein. In einer Ausführungsart ist hierzu ein vorzugsweise teilkugelförmiger Endabschnitt des Verdrängerkolbens in einer geeignet geformten Aufnahme eines Kolbenschuhs formschlüssig gehalten und beweglich gelagert. Der Kolbenschuh weist eine vorzugsweise ringförmige Anlagefläche für eine formschlüssige Niederhaltung mittels einer Niederhaltescheibe auf, die sich ihrerseits auf einem an der Welle angebrachten Lagerelement abstützt und dadurch den Kolbenschuh in Anlage an der Schrägscheibe hält.
In einer Ausführungsart weist die Axialkolbenmaschine eine Schrägscheibe auf, durch deren Scheibenfläche mit einer Antriebsachse der Axialkolbenmaschine ein Winkel von weniger als 90° einschließbar ist. Die Verdrängerkolben können dabei parallel zu einer Antriebsachse der Axialkolbenmaschine verschiebbar in der Zylinderbohrung gelagert sein. Der Winkel zwischen der Schrägscheibe und der Antriebsachse kann einstellbar sein, beispielsweise um dadurch das geometrische Verdrängungsvolumen im Pumpenbetrieb einzustellen. Der gegebenenfalls auch einstellbare Winkel beträgt in einer Ausführungsart zwischen 75 und 90°, vorzugsweise zwischen 80 und 90° und insbesondere zwischen 85 und 90°. In einer Ausführungsart ist die Schrägscheibe drehfest in einem Gehäuse der Axialkolbenmaschine angeordnet.
Im Regelfall ist eine Kombination aus einem drehzahlvariablen Motor mit einer Pumpe mit konstantem geometrischen Verdrängungsvolumen zweckmäßig, oder eine Kombination eines Motors mit konstanter Drehzahl und einer Pumpe mit einstellbarem geometrischen Verdrängungsvolumen.
In einer Ausführungsart sind die Verdrängerkolben vorzugsweise mit ihrem axialen Endabschnitt an jeweils einer Schrägscheibe in Anlage gehalten und stützen sich an der Schrägscheibe ab. Die Anlagekraft wird durch den Systemdruck bereitgestellt und kann außerdem, jedenfalls unterstützend, durch einen zwischen den beiden Verdrängerkolben angeordneten Kraftspeicher bereitgestellt werden. Der Verdrängerkolben kann unmittelbar in Anlage an der Schrägscheibe sein oder mittelbar unter Verwendung eines sogenannten Kolbenschuhs, in dem der Verdrängerkolben gelenkig gelagert ist. Der Kolbenschuh kann mit der Schrägscheibe verbunden sein. Der Verdrängerkolben ist vorzugsweise mit einem Abschnitt in Anlage an der Schrägscheibe, der dem Abschnitt des Verdrängerkolbens gegenüberliegt, welcher den Verdrängungsraum begrenzt.
In einer Ausführungsart sind ein Niederdruckanschluss und ein Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses der Axialkolbenmaschine angeordnet. Die Anordnung kann in Bezug auf die Antriebsachse der Axialkolbenmaschine entweder auf radial gegenüberliegenden oder auf axial gegenüberliegenden Seiten sein. Die Axialkolbenmaschine kann eine Sammelleitung aufweisen, mit welcher die Einlassöffnungen und/oder die Auslassöffnungen mehrerer Verdrängungsräume der Axialkolbenmaschine miteinander und mit einem zugeordneten Niederdruckanschluss oder Hochdruckanschluss verbunden sind. Die Sammelleitung kann sich mindestens abschnittsweise parallel zu einer Antriebsachse der Axialkolbenmaschine erstrecken, oder sich mindestens abschnittsweise in einer Umfangsrichtung um eine Antriebsachse der Axialkolbenmaschine herum erstrecken.
In einer Ausführungsart ist eine elektrische Motor-/Generatoreinheit mit einem Rotor und einem Stator in die Axialkolbenmaschine integriert. Die elektrische Motor-/Generatoreinrichtung ist eine bürstenlose Gleichstrommaschine. Ein die Zylinderbohrung für die Verdrängerkolben aufweisendes Element kann den Rotor der elektrischen Motors-/Generatoreinheit bilden. Vorzugsweise bildet eine die Zylinderbohrungen für mehrere Verdrängerkolben aufweisende Zylindertrommel den Rotor der elektrischen Motor-/Generatoreinheit.
In einer Ausführungsart weist der Stator elektronisch kommutierbare Statorwicklungen auf. In einer Ausführungsart wird durch eine Ansteuereinrichtung aus einer Gleichspannungs-Energieversorgungsleitung das elektrische Stromsignal für die Statorwicklungen generiert, insbesondere ein elektrisches Wechselsignal. Die Motor-/Generatoreinheit kann daher einen Gleichstromanschluss aufweisen. Durch die Integration einer elektronisch kommutierten Motor-/Generatoreinheit bildet die Axialkolbenmaschine ein sehr kompaktes elektrohydraulisches Aggregat, das vielseitig einsetzbar ist, beispielsweise auch in Fahrzeugen, Flugzeugen oder Schiffen sowie in sonstigen Bereichen, in denen eine Gleichspannungsversorgung, beispielsweise aus einer Batterie oder einem Akkumulator, vorgesehen ist. Durch die kompakte Bauform und die elektronische Kommutierung ist mit einfachen Mitteln auch ein Einsatz im Unterölbereich möglich. Außerdem kann das erfindungsgemäße Aggregat nicht nur auf einfache Weise aus einem Batterienetz gespeist werden, sondern es kann auch eine Rückgewinnung hydraulischer Energie erfolgen, indem die hydraulische Einrichtung als Motoreinrichtung und dementsprechend die elektrische Einrichtung als Generatoreinrichtung betreibbar ist.
In einer Ausführungsart weist die elektrische Motor-/Generatoreinheit eine Steuereinrichtung mit einer sensorlosen Ansteuerung der Statorwicklungen auf. Hierzu wird die Änderung der Stranginduktivität durch insbesondere vom Rotor bewirkte Flussänderungen im Eisenkern ausgewertet. Hierzu kann das Sternpunktpotenzial in bestimmten Schaltzuständen der Stränge gemessen werden, und der Motor kann als induktive Messbrücke zur Bestimmung relativer Stranginduktivitäten benutzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
2 zeigt eine Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Axialkolbenmaschine der 1,
3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
4 zeigt eine Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der Axialkolbenmaschine der 3,
5 zeigt eine stirnseitige Ansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel der 3,
6 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der 3, und
7 zeigt die Ansicht auf die zweite Stirnseite des zweiten Ausführungsbeispiels der 3.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1, und die 2 zeigt eine Explosionsdarstellung des ersten Ausführungsbeispiels der Axialkolbenmaschine 1 der 1. Vorzugsweise im Wesentlichen zentrisch in einem Gehäuse ist entlang einer Antriebsachse 12 eine Antriebswelle 10 angeordnet, die mindestens auf einer Stirnfläche aus dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine 1 austritt und einen gezahnten Wellenzapfen 14 aufweist für die Kopplung der Axialkolbenmaschine 1 an einen Motor oder einen Generator. Innerhalb des Gehäuses weist die Antriebswelle 10 vorzugsweise axial im Wesentlichen mittig einen gezahnten Abschnitt 16 auf, mittels dem die Antriebswelle 10 drehfest mit einer Zylindertrommel 18 verbunden ist. In der Zylindertrommel 18, die konzentrisch zu der Antriebsachse 12 angeordnet ist und um diese drehbar innerhalb des Gehäuses gelagert ist, sind mehrere, entlang einer Kreisumfangslinie um die Antriebsachse 12 herum angeordnete und parallel zur Antriebsachse 12 verlaufende Zylinderbohrungen 20 (2) angeordnet.
In jeder Zylinderbohrung 20 sind zwei einander zugeordnete und den Verdrängungsraum 22 begrenzende Verdrängerkolben 24, 26 angeordnet, die in der gemeinsamen Zylinderbohrung 20 gegensinnig zueinander verschiebbar sind. Auf ihren einander zugeordneten Stirnflächen sind die Verdrängerkolben 24, 26 vorzugsweise im Wesentlichen plan. An ihrem gegenüberliegenden Endabschnitt bilden die Verdrängerkolben 24, 26 jeweils einen mindestens teilsphärischen Endabschnitt 28, 30 aus, insbesondere eine Art Kugelkopf, mit dem die Verdrängerkolben 24, 26 in jeweils einem Aufnahmeelement 32, 34 gelenkig gelagert sind, das auch als Kolbenschuh bezeichnet werden kann. Alle Aufnahmeelemente 32, 34 einer Seite der Axialkolbenmaschine 1 sind in jeweils einer Bohrung einer Niederhaltescheibe 36 angeordnet, deren zentrische Bohrung auf einer teilsphärischen Oberfläche eines Lagerelements 38 gleitet, das mit der Antriebswelle 10 verbunden sein kann.
Mit ihrem dem Verdrängerkolben 24, 26 gegenüberliegenden Endabschnitt ist das Aufnahmeelement 32 in Anlage an einer Schrägscheibe 40, so dass sich bei einer Rotation der Zylindertrommel 18 und der mitrotierenden Verdrängerkolben 24, 26 infolge der Schrägstellung der Schrägscheibe 40 gegenüber der Antriebsachse 12 eine Hubbewegung der Verdrängerkolben 24, 26 in der Zylinderbohrung 20 ergibt. Der von der Schrägscheibe 40 und der Antriebsachse 12 eingeschlossene Winkel beträgt in einem Ausführungsbeispiel zwischen 75 und 90°, vorzugsweise zwischen 80 und 90°, und insbesondere zwischen 85 und 90°. Bei einem Winkel von 90° erfolgt bei einer Rotation der Zylindertrommel 18 keine Hubbewegung der Verdrängungskolben 24, 26.
Etwa mittig in Bezug auf die axiale Erstreckung der Zylindertrommel 18 weist diese ausgehend von den Zylinderbohrungen 20 radial nach außen gerichtete Einlassöffnungen 42 und Auslassöffnungen 44 auf, durch welche das Fluid in den Verdrängungsraum 22 hinein- bzw. aus dem Verdrängungsraum 22 herausströmen kann. Für jede Zylinderbohrung 20 ist eine Einlassöffnung 42 oder eine Auslassöffnung 44 vorgesehen, die sich radial in Bezug auf die Antriebsachse 12 erstrecken, d. h. rechtwinklig zur Antriebsachse 12. Die Einlassöffnungen 42 und Auslassöffnungen 44 befinden sich auch mittig in Bezug auf die beiden Verdrängerkolben 24, 26 und bestimmen darüber hinaus eine rechtwinklig zur Antriebsachse 12 verlaufende Trennebene, die auch eine Symmetrieebene hinsichtlich der Anordnung der Verdrängerkolben 24, 26 sowie der Aufnahmeelemente 32 und der Schrägscheiben 40 zu beiden Seiten dieser Trennebene bilden kann.
In einem Ausführungsbeispiel ist der zwischen der Schrägscheibe 40 und der Antriebsachse 12 eingeschlossene Winkel einstellbar. Hierzu weist die Axialkolbenmaschine 1 eine Einstelleinrichtung mit einem an einer Mantelfläche des im Wesentlichen hohlzylindrischen Grundgehäuseteils 46 angeordneten Regelventil 48 auf. Auch die Einstelleinrichtung ist abgesehen von dem Regelventil 48 im Wesentlichen symmetrisch zu einer axialen Mittelebene aufgebaut. Das Regelventil 48 ist über einen Steuerkanal 52 mit einem parallel zur Antriebsachse 12 ausgerichteten Steuerzylinder 54 verbunden. In dem Steuerzylinder 54 ist ein Steuerkolben 56 angeordnet, der in Anlage an der Schrägscheibe 40 ist. Radial in Bezug auf die Antriebsachse 12 gegenüberliegend ist ein federkraftvorbelasteter Vorhaltekolben 58 angeordnet, der auf die Schrägscheibe 40 ein die Schrägstellung bewirkendes Moment ausübt.
Bei einer Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens 56 fährt dieser aus dem Steuerzylinder 54 aus und verändert dadurch die Schrägstellung der Schrägscheibe 40 in Bezug auf die Antriebsachse 12. Wird der Steuerkolben 56 ausgehend von der in der 1 dargestellten Ausgangsstellung über die rechtwinklige Stellung der Schrägscheibe 40 in Bezug auf die Antriebsachse 12 hinaus aus dem Steuerkolben 54 ausgetrieben, wird aus dem Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine 1 der Hochdruckanschluss und umgekehrt. Der Steuerkolben 56 und der Vorhaltekolben 58 sind in einem ersten Lagerelement 62 angeordnet, das eine Durchtrittsöffnung für einen weiteren Wellenzapfen 64 aufweist und endseitig mit einem Deckel 66 verschließbar ist.
Auf der axial gegenüberliegenden Seite ist ein weiterer Vorhaltekolben 68 und ein weiterer Steuerkolben 72 vorgesehen, die in einem zweiten Lagerelement 74 angeordnet sind, in dem auch ein Wellenlager 76 angeordnet ist. Das Wellenlager 76 ist durch zwei in jeweils eine Nut 84, 86 der Antriebswelle 10 eingesetzte Sicherungsringe 78, 82 axial in Bezug auf die Antriebswelle 10 fixiert. Endseitig ist das zweite Lagerelement 74 durch einen Flansch 88 abgeschlossen, wobei sowohl das zweite Lagerelement 74 als auch der Flansch 88 eine Durchtrittsöffnung für die Antriebswelle 10 aufweisen.
Die Einlassöffnungen 42 und Auslassöffnungen 44 jeder Zylinderbohrung 20 werden in Sammelleitungen, die beispielsweise auf der Innenseite des Grundgehäuses 46 angeordnet sein können, zusammengeführt und mit einem Hochdruckanschluss 92 bzw. einem Niederdruckanschluss 94 verbunden, die in Bezug auf die Antriebsachse 12 auf einander gegenüberliegenden Seiten auf der Mantelfläche des Grundgehäuseteils 46 angeordnet sind.
Die Verdrängerkolben 24, 26 weisen jeweils eine, von ihren einander zugeordneten Stirnflächen ausgehende und vorzugsweise zentrische Bohrung 70 auf. In dem Aufnahmeelement 32 ist eine mit der Bohrung 70 im Verdrängerkolben 24, 26 in fluidischer Verbindung stehende Bohrung angeordnet, die als Stufenbohrung ausgebildet sein kann. Ein dem Verdrängerkolben 24, 26 zugewandter Abschnitt der Stufenbohrung weist einen größeren Durchmesser auf, als ein der Schrägscheibe 40 zugewandter Abschnitt; vorzugsweise stimmt der Durchmesser in dem Abschnitt, der dem Verdrängerkolben 24, 26 zugewandt ist, mit dem Durchmesser der Bohrung 70 im Verdrängerkolben 24, 26 überein. An der Stirnfläche, die der Schrägscheibe 40 zugewandt ist, weist das Aufnahmeelement 32 eine vorzugsweise zentrische, scheibenförmige Vertiefung auf, die als hydrostatisches Lager wirkt.
Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 101, die in zahlreichen Details sehr ähnlich oder identisch aufgebaut ist wie das erste Ausführungsbeispiel der 1 und insoweit für die Komponenten auch Bezugszeichen mit um den Betrag 100 erhöhten Werten verwendet werden. Die 4 zeigt eine Explosionsdarstellung des zweiten Ausführungsbeispiels der 3.
Die 5 zeigt eine stirnseitige Ansicht auf das zweite Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine 101 der 3 mit einer ersten Sacklochbohrung 117, die den Einlass der Axialkolbenmaschine 101 bildet. Die 6 zeigt eine Seitenansicht des zweiten Ausführungsbeispiels, und die 7 zeigt die Ansicht auf die zweite Stirnseite mit einer zweiten Sacklochbohrung 119, die den Auslass der Axialkolbenmaschine 101 bildet.
Ein wesentlicher Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels besteht darin, dass eine elektrische Motor-/Generatoreinheit in die Axialkolbenmaschine 101 integriert ist. Die Motor-/Generatoreinheit umfasst einen Rotor, der durch die Zylindertrommel 118 gebildet ist und einen Stator, der durch einen den magnetischen Fluss leitenden Kern 196 und eine zugehörige Spulenwicklung 198 gebildet ist. Dementsprechend tritt bei der Axialkolbenmaschine 101 auch keine Antriebswelle aus dem Gehäuse aus.
Die in einer Zylinderbohrung 120 angeordneten und einander zugeordneten Verdrängerkolben 124, 126 werden durch einen zwischen ihnen und in dem Verdrängungsraum 122 angeordneten Kraftspeicher 163, im Ausführungsbeispiel eine Schraubenfeder, in Anlage an ihnen jeweils zugeordneten Schrägscheiben 140, 145 gehalten, die fest in dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine 101 angeordnet sind. Insbesondere sind die Schrägscheiben 140, 145 durch Anlage an dem Steuerelement 111 zentriert und mittels jeweils eines Spannstiftes 141, 143 in einem Gehäuseteil festgelegt und gegen Drehen gesichert.
Zentrisch in dem Gehäuse und koaxial zur Längsachse 112 ist ein im Ausführungsbeispiel im Wesentlichen zylindrisches Steuerelement 111 angeordnet, das mittels eines Dichtelements 113 fluiddicht mit einem axial stirnseitig angeordneten Deckel 115 verbunden ist und ein Lager für die Zylindertrommel 118 bildet, und das auch als Steuerzapfen bezeichnet wird. Das Steuerelement 111 weist abschnittsweise von beiden stirnseitigen Enden her ausgehende Sacklochbohrungen 117, 119 auf, wobei die erste Sacklochbohrung 117 einen größeren Durchmesser aufweist als die zweite Sacklochbohrung 119. Die Sacklochbohrungen 117, 119 verbinden über Einlassöffnungen bzw. Auslassöffnungen 144 die Verdrängungsräume 122 mit Anschlüssen für die Niederdruckseite bzw. Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine 101. Die Einlassöffnungen und Auslassöffnungen 144 verlaufen dabei schräg zu der Längsachse 112 und schließen mit dieser vorzugsweise einen Winkel zwischen 45 und 75° ein. Die Sacklochbohrungen 117, 119 sind über Durchtrittsöffnungen 121 (4) mit der Mantelfläche des Steuerelements 111 verbunden, wobei die Durchtrittsöffnungen 121 sich annähernd halbkreisförmig über die Mantelfläche des Steuerelements 111 erstrecken können und bei einer Rotation der Zylindertrommel 118 mit den Einlass- bzw. Auslassöffnungen 144 in Verbindung treten können. Gleichzeitig bildet das Steuerelement 111 mit seiner kreiszylindrischen Mantelfläche eine Lagerstelle für die rotierende Zylindertrommel 118.
Das Steuerelement 111 weist an dem stirnseitigen Eingang der ersten Sacklochbohrung 117 ein Innengewinde 123 auf, das den Niederdruckanschluss oder Einlass für die Axialkolbenmaschine 101 bildet. An dem axial gegenüberliegenden Ende weist das Steuerelement 111 an dem stirnseitigen Eingang der zweiten Sacklochbohrung 119 ein weiteres Innengewinde 125 auf, für den Anschluss der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine 101. Außerdem weist das Steuerelement 111 im Bereich der zweiten Sacklochbohrung 119 endseitig ein Außengewinde 127 auf für das Aufschrauben einer dichtenden Mutter 129, mittels der das Steuerelement 111 dicht mit einem weiteren Deckel 131 des Gehäuses verbunden ist.
Auf die Mantelfläche der Zylindertrommel 118 sind kreisumfänglich verteilt Permanentmagnete 135 aufgebracht, die vorzugsweise in entsprechende axial verlaufende Nuten 137 auf der Mantelfläche der Zylindertrommel 118 eingesetzt sind und dort klemmend und/oder mittels eines Verbindungsmittels festgelegt sein können, insbesondere eingeklebt sein können. Die so mit Permanentmagneten 135 bestückte Zylindertrommel 118 bildet den Rotor für die Motor-/Generatoreinheit des zweiten Ausführungsbeispiels.
Die Spulenwicklungen 198 und der magnetisch leitende Kern 196 sind an einem Statorkörper 197 angeordnet, der mittels Verbindungselementen 199, beispielsweise Fügestiften, an dem Deckel 115 und/oder dem weiteren Deckel 131 festgelegt ist. Radial außenseitig schließt ein rohrförmiges Gehäuseteil 150 die Axialkolbenmaschine 101 ab. Das rohrförmige Gehäuseteil 150 ist zwischen dem Deckel 115 und dem weiteren Deckel 131 angeordnet und mittels Dichtelementen 151, im Ausführungsbeispiels mit Dichtringen, mit dem Deckel 115 und dem weiteren Deckel 131 dicht verbunden.
Wie sich auch aus der stirnseitigen Ansicht der 7 ergibt, ist auf der Auslassseite der Axialkolbenmaschine 101 neben den elektrischen Anschlüssen 153 der Statorwicklungen 198, die über Durchführungen 155, zugehörige Isolationselemente 161 und Dichtelemente 157, 159 mit dem weiteren Deckel 131 verbunden sind, auch ein Anschluss 160 eines gegebenenfalls auch im Bereich der Spulenwicklung 198 angeordneten Sensors nach außen geführt. Der Sensor kann beispielsweise ein Temperatursensor sein und/oder eine Detektion der Rotorposition für eine elektronische Kommutierung der Spulenwicklungen 198 mittels einer Ansteuerschaltung ermöglichen, die ihrerseits über eine Gleichstromversorgung gespeist werden kann. Die Steuereinrichtung kann auch in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine 101 integriert sein, so dass das Gehäuse nur einen Gleichstromanschluss aufweist.
In einer Ausführungsart kann durch ein Untermaß des Verdrängerkolben 124, 126 in Bezug auf die Zylinderbohrung 120 und/oder der Zylindertrommel 118 gegenüber dem Steuerelement 111 oder dem Steuerzapfen ein Leckagestrom bereitgestellt sein, der einen Kühlvolumenstrom für eine effiziente Kühlung der Motor-/Generatoreinheit bewirkt, wodurch sich auch bei sehr kompakter Bauform eine hohe Leistung der Axialkolbenmaschine 101 erreichen lässt. Dadurch kann auf die sonst bei elektrischen Maschinen üblichen Kühlrippen verzichtet werden.

Claims

Axialkolbenmaschine (1), insbesondere Axialkolbenpumpe oder Axialkolbenmotor, mit einem in einer Zylinderbohrung (20) verschiebbar gelagerten und einen Verdrängungsraum (22) begrenzenden Verdrängerkolben (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander zugeordnete und den Verdrängungsraum (22) begrenzende Verdrängerkolben (24, 26) in einer gemeinsamen Zylinderbohrung (20) gegensinnig zueinander verschiebbar sind.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei einander zugeordneten Verdrängerkolben (24, 26) in der gemeinsamen Zylinderbohrung (20) einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (42) und/oder eine Auslassöffnung (44) der Zylinderbohrung (20) zwischen den beiden Verdrängerkolben (24, 26) angeordnet ist.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (42) und/oder eine Auslassöffnung (44) der Zylinderbohrung (20) mindestens abschnittsweise, insbesondere an seinem an die Zylinderbohrung (20) anschließenden Abschnitt, schräg und insbesondere quer zu einer Längsachse der Zylinderbohrung (20) verläuft, vorzugsweise mit der Längsachse der Zylinderbohrung (20) einen Winkel zwischen 10 und 90° einschließt, insbesondere einen Winkel zwischen 45 und 75° einschließt.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlassöffnung (42) und/oder eine Auslassöffnung (44) an einer Mantelfläche der Zylinderbohrung (20) angeordnet ist.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden einander zugeordneten Verdrängerkolben (24, 26) ein Kraftspeicher (163) angeordnet ist, der die beiden Verdrängerkolben (24, 26) auseinander drückt.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenmaschine (1) zwei Schrägscheiben (40, 45) aufweist, durch deren Scheibenflächen mit einer Antriebsachse (12) der Axialkolbenmaschine (1) jeweils ein Winkel von weniger als 90° einschließbar ist.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in einer gemeinsamen Zylinderbohrung (20) angeordneten Verdrängerkolben (24, 26) an jeweils einer Schrägscheibe (40, 45) in Anlage gehalten sind.
Axialkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruckanschluss und ein Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine (1) auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Gehäuses angeordnet sind.
Axialkolbenmaschine (101) nach Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Motor-/Generatoreinheit in die Axialkolbenmaschine (101) integriert ist, und dass die elektrische Motor-/Generatoreinrichtung eine bürstenlose Gleichstrommaschine ist, insbesondere dass die elektrische Motor-/Generatoreinrichtung an eine elektrische Gleichspannungsleitung anschließbar ist und die elektrischen Ströme in Statorwicklungen (198) der elektrischen Motor-/Generatoreinrichtung elektronisch kommutierbar sind.