-
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.