DE102009013887A1

DE102009013887A1 - Hydrostatische Verdrängermaschine

Info

Publication number: DE102009013887A1
Application number: DE200910013887
Authority: DE
Inventors: Bernward Dr. Welschof; Lukas Krittian; Sabine Kausch
Original assignee: Linde Material Handling GmbH
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-09-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine (1) mit einer Zylindertrommel (2), die mit Kolbenausnehmungen (3) versehen ist, in denen jeweils ein Kolben (4) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben (4) mittels jeweils eines Wälzkörpers (5) an einer huberzeugenden Hubbahn (7) abgestützt sind. Die Aufgabe, mit geringem Bauaufwand im Pumpenbetrieb einen zuverlässigen Betrieb der Verdrängermaschine zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verdrängermaschine (1) mit einer formschlüssigen Niederhalteeinrichtung (N) versehen ist, wobei an der den Wälzkörpern (5) gegenüberliegenden Seite der Hubbahn (7) eine mit einer Niederhaltebahn (21) versehene Niederhaltenut (20) ausgebildet ist, mit der die Kolben (4) in Wirkverbindung stehen. Die Kolben (4) sind mit jeweils einer seitlichen, sich zu der Niederhaltenut (20) erstreckenden Axialerweiterung (A) versehen, die mittels eines Eingriffsmittels (E) mit der Niederhaltenut (20) in formschlüssiger Verbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einer Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines Wälzkörpers an einer huberzeugenden Hubbahn abgestützt sind.
Derartige hydrostatische Verdrängermaschinen, können als einhubige oder mehrhubige Verdrängermaschinen ausgebildet sein und werden als Motoren eingesetzt, die beispielsweise in hydrostatischen Fahrantrieben von mobilen Arbeitsmaschinen, beispielsweise einem Flurförderzeug, einem Radlader oder einem Bagger, eingesetzt werden. Eine gattungsgemäße Verdrängermaschine, die beispielsweise als Radmotor und mehrhubige Axialkolbenmaschine ausgebildet ist, ist aus der DE 10 2005 058 323 A1 bekannt.
Als Motoren ausgebildete hydrostatische Verdrängermaschinen arbeiten während eines Lastspiels in der Beschleunigungsphase während des Antriebs eines Fahrzeugs als Motor und in der Verzögerungsphase während des Abbremsens des Fahrzeugs als Pumpe. Während des Pumpenbetriebs der Verdrängermaschine in der Verzögerungsphase müssen die von den Kolbenausnehmungen und den Kolben gebildeten Verdrängerräume während des Saughubs der Kolben mit Druckmittel für den folgenden Arbeitshub gefüllt werden. Sofern eine ausreichende Füllung der Verdrängerräume im Saughub nicht erfolgt, können die Kolben im folgenden Arbeitshub keinen ausreichenden Druck aufbauen, wodurch der als Pumpe arbeitende Motor eine verringerte Bremswirkung erzielt.
Aus der DE 10 2005 058 323 A1 ist bereits bekannt, die Kolben mittels einer Feder an die Hubbahn anzudrücken. Die als Druckfeder ausgebildete Feder ist hierbei in dem von der Kolbenausnehmung der Zylindertrommel und dem Kolben gebildeten Verdrängerraum angeordnet und beaufschlagt den Kolben samt Wälzkörper in Richtung der Hubbahn. Eine derartige kraftschlüssige Niederhalteeinrichtung mittels entsprechender Federn weist jedoch einen hohen Bauaufwand auf. Zudem besteht die Gefahr, dass eine Feder während des Betriebs bricht, so dass ein zuverlässiger Betrieb der Verdrängermaschine nicht gegeben ist.
Um die Kolben mit den Wälzkörpern während des Saughubs im Pumpenbetrieb eines Motors während einer Bremsphase an der Hubbahn zu halten und somit die Kolben samt Wälzkörper an die Hubbahn anzudrücken, kann in der Saugleitung des Motors ein Überdruck aufgebaut werden. Sofern jedoch dieser Überdruck zeitweise auf einen niedrigen Wert abfällt, führt dies zu einer unzureichenden Füllung der Verdrängerräume und somit einem unzuverlässigen Bremsverhalten des als Pumpe betriebenen Motors.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatische Verdrängermaschine der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Bauaufwand im Pumpenbetrieb einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verdrängermaschine mit einer formschlüssigen Niederhalteeinrichtung versehen ist, wobei an der den Wälzkörpern gegenüberliegenden Seite der Hubbahn eine mit einer Niederhaltebahn versehene Niederhaltenut ausgebildet ist, mit der die Kolben in Wirkverbindung stehen.
Die erfindungsgemäße Niederhalteeinrichtung umfasst eine Niederhaltebahn, die an einer Niederhaltenut ausgebildet ist, die an der den Wälzkörpern gegenüberliegenden Seite der Hubbahn angeordnet ist, wobei die Kolben mit der Niederhaltebahn formschlüssig in Verbindung stehen. An der Hubbahn kann eine derartige mit einer Niederhaltebahn versehene Niederhaltenut mit geringem Herstellaufwand ausgebildet werden. Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschinen mit einer formschlüssigen Niederhalteeinrichtung der Kolben, bei der die Kolben mit der Niederhaltebahn in Verbindung stehen, werden die Kolben in der Bremsphase bei einem Pumpenbetrieb des Motors in sicherer Weise mit den Wälzkörpern in Anlage an die Hubbahn gehalten, so dass eine sichere Befüllung der Verdrängerräume im Saughub mit Druckmittel sichergestellt wird und somit die erfindungsgemäße Verdrängermaschine im Pumpenbetrieb einen zuverlässigen Betrieb ermöglicht. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine als Motor in einem Fahrantrieb wird somit eine hohe Bremswirkung mit einem zuverlässigen Bremsverhalten erzielt. Gegenüber einer Vorspannung der Saugleitung oder einer kraftschlüssigen Niederhalteeinrichtung mittels der Kraft einer Feder weist eine erfindungsgemäße formschlüssige Niederhalteeinrichtung der Kolben auf der Hubbahn eine hohe Betriebssicherheit und eine hohe Zuverlässigkeit auf. Als formschlüssige Niederhalteeinrichtung im Sinne der Erfindung wird hierbei eine Niederhalteeinrichtung angesehen, bei der ohne Federkraft oder hydraulische Anpressung ein Halten und Anpressen der Wälzkörper samt Kolben an der Hubbahn erzielt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Hubkurve der Hubbahn und die Hubkurve der Niederhaltebahn einen phasengleichen Verlauf und gleiche Hubhöhen auf. Durch einen phasengleichen und identischen Verlauf der Hubkurven, d. h. gleiche Phase und gleiche Hubhöhe der Hubkurven der Hubbahn und der Niederhaltebahn an der Niederhaltenut, kann auf einfache Weise erzielt werden, dass die Kolben mit dem zugeordneten Wälzkörper durch die Verbindung mit der Hubkurve der Niederhaltebahn an die identische Hubkurve der Hubbahn gehalten werden und ein Abheben der Kolben samt Wälzkörper von der Hubbahn vermieden wird.
Hinsichtlich eines geringen Bauaufwandes ergeben sich Vorteile, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Hubkurve an einer der Zylindertrommel zugewandten Stirnseite einer Hubscheibe ausgebildet ist, wobei die Niederhaltenut an einer Seitenfläche der Hubscheibe angeordnet ist. Die Niederhaltenut kann an einer senkrecht zur Stirnseite angeordneten Seitenfläche der Hubscheibe auf einfache Weise als Vertiefung in die Hubscheibe eingearbeitet werden.
Die Niederhaltebahn kann an einer derartigen Niederhaltenut auf einfache Weise hergestellt werden, wenn gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung die Niederhaltenut mit einer der Hubbahn zugewandten seitlichen Nutwange versehen ist, an der die Niederhaltebahn ausgebildet ist.
Die Kolben können gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit der Niederhaltebahn an der Niederhaltenut auf einfache Weise in formschlüssiger Verbindung gebracht werden, wenn die Kolben mit jeweils einer seitlichen Axialerweiterung zur formschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltenut versehen sind. Mit einer derartigen, sich zur Niederhaltenut erstreckenden und die Hubbahn hintergreifenden Axialerweiterung können auf einfache Weise die Kolben mit der Niederhaltenut verbunden werden.
Bei Verdrängermaschinen, beispielsweise Axialkolbenmaschinen, mit einem als Rolle, beispielsweise Zylinderrolle, Tonnenrolle oder Kegelrolle, ausgebildeten Wälzkörper ist mit einer Verdrehsicherung sicherzustellen, dass die Rotationsachse der Wälzkörper senkrecht und radial zur Drehachse der Zylindertrommel ausgerichtet ist. Zwischen der Niederhaltebahn und der Axialerweiterung treten im Betrieb neben der die Kolben samt Wälzkörper in Anlage an die Hubahn haltenden Axialkraft, die von der Axialerweiterung direkt auf den Kolben und somit den Wälzkörper übertragen wird, eine Tangentialkraft auf. Diese Tangentialkraft kann über die Axialerweiterung auf den Kolben übertragen werden und mittels einer bereits vorhandenen Verdrehsicherung des Kolbens in der Zylindertrommel abgestützt werden.
Hinsichtlich eines geringen Bauaufwandes ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Axialerweiterung als Verdrehsicherung des Kolbens und/oder des Wälzkörpers ausgebildet ist. Die Axialerweiterung überträgt somit die Axialkraft direkt auf den Kolben und bildet weiterhin die Verdrehsicherung des Kolbens, mit der die Ausrichtung des Wälzkörpers sichergestellt wird und die Tangentialkraft der Niederhaltereinrichtung in der Zylindertrommel abgestützt werden kann.
Die Axialerweiterung kann gemäß einer Ausgestaltungsform der Erfindung an dem Kolben angeformt ist und somit einstückig mit dem Kolben ausgebildet sein. Die Axialerweiterung kann hierbei beispielsweise von einer seitlichen Kolbenverlängerung gebildet werden.
Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Axialerweiterung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung von einem getrennten Bauteil auszubilden, beispielsweise von einer an dem Kolben angeordneten Platte.
Zweckmäßigerweise ist die Platte mittels eines Verbindungsmittels, insbesondere eines Zylinderstiftes, mit dem Kolben verbunden ist. Hierdurch kann auf einfache Weise die Platte mit dem Kolben verbunden werden, um die Axialkraft auf den Kolben zu übertragen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, eine andere geeignete formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindung zwischen der Platte und dem Kolben vorzusehen.
Eine Abstützung der Tangentialkraft an der Zylindertrommel und eine Verdrehsicherung des Kolbens kann mit geringem Bauaufwand erzielt werden, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Axialerweiterung in einer nutförmigen Längsausnehmung der Zylindertrommel angeordnet und geführt ist.
Sofern gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der den Kolben auf der Hubbahn abstützende Wälzkörper auf einem Lagerbolzen drehbar gelagert ist und der Lagerbolzen in mindestens einer Längsnut der Zylindertrommel verdrehgesichert und längsverschiebbar gelagert ist, ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Längsnut für den Lagerbolzen angrenzend an die nutförmige Längsausnehmung in der Zylindertrommel angeordnet ist. Mit einem derartigen Lagerbolzen können die im Betrieb der Verdrängermaschine beim Abrollen des Wälzkörpers an der Hubbahn auftretenden Querkräfte direkt in die Zylindertrommel eingeleitet werden und die Drehmomentmitnahme der Zylindertrommel erzielt werden, wodurch die Kolben frei von Querkräften sind. Zudem kann mit einem derartigen Lagerbolzen, der in Längsnuten der Zylindertrommel geführt ist, die Verdrehsicherung des Wälzkörpers erzielt werden. Zwischen dem Lagerbolzen und dem Wälzkörper kann ein Gleitlager ausgebildet werden, wodurch sich weiterhin ein verringertes Reibmoment an den Wälzkörper ergibt, das zu einem erhöhten Wirkungsgrad der Verdrängermaschine führt. Die nutförmige Längsausnehmung, in der die Axialerweiterung angeordnet und abgestützt ist, um die Tangentialkraft der Niederhalteeinrichtung an der Zylindertrommel abzustützen, kann hierbei auf einfache Weise als Erweiterung der Längsnut für den Lagerbolzen ausgebildet werden, mittels der die Drehmomentmitnahme der Zylindertrommel erfolgt.
Sofern der Wälzkörper von einer insbesondere hülsenförmigen Zylinderrolle, Tonnenrolle oder Kegelrolle gebildet ist, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, die Axialerweiterung eine Axialsicherung des Wälzkörpers bilden. Hierdurch ist keine zusätzliche Axialsicherung für den Wälzkörper entlang der Rotationsachse des Wälzkörpers erforderlich.
Die formschlüssige Verbindung der Axialerweiterung mit der an der Niederhaltenut ausgebildeten Niederhaltebahn kann auf einfache Weise erzielt werden, wenn an der Axialerweiterung ein Eingriffsmittel angeordnet ist mittels dem die Axialerweiterung mit der Niederhaltenut in formschlüssiger Verbindung steht.
Das Eingriffsmittel kann von einem an der Axialerweiterung angeordneten Stift, insbesondere Zylinderstift, oder von einer Erweiterung der Axialerweiterung, insbesondere eine stiftförmige Erweiterung, ausgebildet ist, wobei der Stift bzw. die Erweiterung zur formschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltebahn in die Niederhaltenut eingreift. Das Eingriffsmittel kann somit einstückig an der Axialerweiterung ausgebildet werden und von einer geeigneten Erweiterung der Axialerweiterung gebildet werden. Zudem kann das Eingriffsmittel von einem separaten Bauteil gebildet werden, beispielsweise einem entsprechenden an der Axialerweiterung angeordneten Stift.
Bevorzugterweise ist der Stift drehfest an der Axialerweiterung befestigt. Der Stift kann jedoch ebenfalls drehbar an der Axialerweiterung angeordnet werden, wodurch beim Anliegen des Stiftes an der Niederhaltebahn und der Führung des Stiftes entlang der Niederhaltebahn Gleitbewegungen vermieden werden können.
Das Eingriffsmittel kann direkt mit der Niederhaltenut in Verbindung stehen.
Sofern die hierbei bei der Führung des Eingriffsmittels entlang der Niederhubbahn auftretenden Gleitbewegungen vermieden werden sollen, kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung das Eingriffsmittel mittels eines Wälz- oder Gleitkörpers mit der Niederhaltenut in Verbindung stehen. Hierdurch kann eine Wälzbewegung zwischen dem Eingriffsmittel und der Niederhaltebahn erzielt werden, die zu verringerten Reibungsverlusten und verringertem Verschleiß führt.
Der Wälz- oder Gleitkörper ist bevorzugterweise von einer drehbar am Eingriffsmittel angeordneten Rolle gebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das Eingriffsmittel von einem Wälzkörper gebildet. Mit einem Wälzkörper kann auf einfache Weise eine formschlüssige Verbindung der Axialerweiterung mit der Niederhaltebahn der Niederhaltenut erzielt werden, wobei weiterhin Gleitbewegungen durch ein Abwälzen des Wälzkörpers an der Niederhaltebahn vermieden werden.
Mit besonderem Vorteil, ist an der Axialerweiterung eine Vertiefung ausgebildet ist, in der der Wälzkörper eingelegt ist, der mit der Niederhaltenut in formschlüssiger Verbindung steht, wodurch der in die Niederhaltenut eintauchende Wälzkörper auf einfache Weise in die Vertiefung eingelegt und somit an der Axialerweiterung befestigt werden kann.
Mit besonderem Vorteil ist der Wälzkörper als Kugel ausgebildet ist, der in einer kalottenförmigen Vertiefung der Axialerweiterung angeordnet ist.
Die Niederhaltenut kann einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, wobei eine formschlüssige Verbindung mit einem als Stift oder einer Erweiterung ausgebildeten Eingriffsmittel auf einfache Weise erzielbar ist.
Bei einem als Kugel ausgebildeten Eingriffsmittel weist die Niederhaltenut bevorzugterweise einen sphärischen Querschnitt auf.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Breite der Niederhaltenut derart bemessen ist, dass lediglich im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine das Eingriffsmittel mit der Niederhaltebahn in formschlüssiger Verbindung steht. Durch eine entsprechende Breite der Niederhaltenut kann somit im Motorbetrieb ein Freigang erzielt werden, bei dem das Eingriffsmittel nicht in Kontakt mit der Niederhaltebahn steht, wodurch Reibungsverluste vermieden werden können und die Funktion der Niederhalteeinrichtung auf den Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine reduziert werden kann, bei dem ein Abheben der Kolben samt Wälzkörper von der Hubbahn vermieden werden soll.
Um Reibung und Verschleiß an den den Formschluss zwischen dem Kolben und der Niederhaltebahn erzeugenden, abrollenden oder gleitenden Bauteile zu minimieren, kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zwischen der Niederhaltenut und dem an der Axialerweiterung angeordneten Eingriffsmittel eine reibungsvermindernde Beschichtung vorgesehen ist. Die reibungsvermindernde Beschichtung kann von einer Hartstoffschicht an der Niederhaltebahn und/oder dem Eingriffsmittel gebildet sein, beispielsweise einer kohlenstoffhaltige Schicht, insbesondere einer Chrom-Nitrid-Verbindung oder einer Chrom-Carbid-Verbindung.
Die Schichtdicke der Hartstoffschicht beträgt hierbei im Bereich von 1 μm bis 15 μm und kann mit geringem zusätzlichen Herstellaufwand durch ein vakuumbasiertes Beschichtungsverfahren, insbesondere ein PVD-Verfahren (physikalische Dampfphasenabscheidung), aufgebracht werden.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine in einem Längsschnitt,
2 die Verdrängermaschine gemäß der 1 in einer vergrößerten Darstellung,
3 die Verdrängermaschine gemäß 1 und 2 in einem Schnitt 1 der 2,
4 eine Weiterbildung der 1 in einer Darstellung gemäß der 2,
5 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine in einer Darstellung gemäß der 2,
6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine in einer Darstellung gemäß der 2,
7 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine in einem Längsschnitt,
8 die Verdrängermaschine gemäß der 7 in einer vergrößerten Darstellung,
9 einen Schnitt entlang Linie I-I der 8 und
10 einen Schnitt entlang Linie II-II der 8.
In der 1 ist eine beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgebildete erfindungsgemäße Verdrängermaschine 1 in einem Längsschnitt dargestellt.
Die Verdrängermaschine 1 weist eine um eine Drehachse D drehbar gelagerte Zylindertrommel 2 auf, die mit mehreren konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Kolbenausnehmungen 3 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben 4 längsverschiebbar gelagert ist.
Die Kolben 4 stützen sich mittels jeweils eines als Rolle ausgebildeten Wälzkörpers 5, dessen Rotationsachse R senkrecht zur Drehachse D angeordnet ist, auf einer gehäusefesten, als nockenförmige Hubscheibe 6 ausgebildeten Hubbahn 7 ab. Die Hubbahn 7 ist hierbei bevorzugt mehrhubig ausgebildet und weist mehrere als nockenförmige Erhebungen ausgebildete Axialnocken auf.
Die Zylindertrommel 2 stützt sich in axialer Richtung an einer gehäusefesten Steuerfläche 8 ab, die mit beispielsweise nicht mehr dargestellten nierenförmigen Steuerschlitzen versehen ist, die einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss der Verdrängermaschine 1 bilden. Die Zylindertrommel 2 ist für jede Kolbenausnehmung 3 mit einem Verbindungskanal 9 versehen, die bei einer Drehung der Zylindertrommel 2 eine Verbindung des von der Kolbenausnehmung 3 und dem Kolben 4 gebildeten Verdrängerraums mit dem Einlassanschluss sowie dem Auslassanschluss ermöglichen. Die Steuerfläche 8 ist an einem scheibenförmigen Steuerflächenkörper 10 ausgebildet, der an dem Gehäuse der Verdrängermaschine 1 drehfest befestigt ist.
Die Zylindertrommel 2 ist weiterhin mit einer konzentrisch zur Drehachse D angeordneten Triebwelle 11 drehfest verbunden, beispielsweise mittels einer Verzahnung 12.
Bei der Ausführungsform der Verdrängermaschine 1 gemäß der 1 sind die Kolben 4 an der der Hubscheibe 6 zugewandten Stirnseite mit jeweils einer käfigförmigen Ausnehmung 13 versehen, in der der Wälzkörper 5 angeordnet ist. Die Ausnehmung 13 ist hierbei als eine senkrecht zur Kolbenlängsachse angeordnete bohrungsförmige Ausnehmung ausgebildet und derart angeordnet, dass der Wälzkörper 5 in seitlichen Abschnitten der Ausnehmung 13 des Kolbens 4, die jeweils den Rollenäquator übergreifen, drehbar um die Rotationsachse R gehaltert ist.
Erfindungsgemäß ist die Axialkolbenmaschine 1 mit einer formschlüssigen Niederhalteeinrichtung N versehen, die ein Abheben der Kolben 4 samt Wälzkörper 5 von der Hubbahn 7 verhindert.
Die Niederhalteeinrichtung N ist an der mit der Hubbahn 7 versehenen Hubscheibe 6 gegenüberliegend zu den Wälzkörpern 5 angeordnet und von einer in einer Niederhaltenut 20 ausgebildeten Niederhaltebahn 21 gebildet.
Die Niederhaltebahn 21 ist hierbei an einer der Hubbahn 7 zugewandten Nutwange der Niederhaltenut 20 ausgebildet. Die weitere Nutwange der Niederhaltenut 20 stellt einen Freigang 22 dar. Die Hubbahn 7 ist an einer der Zylindertrommel 2 zugewandten Stirnseite der Hubscheibe 6 ausgebildet. Die Niederhaltenut 20 ist an der äußeren Seitenfläche und somit am Außenumfang der Hubscheibe 6 als umlaufende Vertiefung eingearbeitet.
Die Niederhaltebahn 21 weist hierbei – wie aus der 3 ersichtlich ist – eine Hubkurve auf, die hinsichtlich des Phasenverlaufs und der Hubhöhe identisch mit der Hubkurve der Hubbahn 7 ist. Die Niederhaltebahn 21 ist somit mit der Hubbahn 7 hinsichtlich der von den Axialnocken gebildeten Hubkurven identisch.
Die Kolben 4 sind jeweils zur formschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltebahn 21 und somit der Niederhaltenut 20 mit einer seitlichen Axialerweiterung A versehen. Gemäß den 1 und 2 ist die Axialerweiterung A einstückig am Kolben 4 ausgebildet und von einer sich zur Niederhaltenut 20 erstreckenden und die Hubbahn 7 hintergreifenden seitlichen Kolbenverlängerung 25 gebildet, die am Kolben 4 angeformt ist. An der Kolbenverlängerung 25 ist im Bereich der Niederhaltenut 20 ein sich nach radial Innen erstreckendes Eingriffsmittel E angeordnet, das gemäß den 1 und 2 von einer an die seitliche Kolbenverlängerung 25 angeformten stiftförmigen Erweiterung 26 gebildet ist. Das von der Erweiterung 26 gebildete Eingriffmittel E greift hierbei formschlüssig in die Niederhaltenut 20 ein.
Aus der 2, in der der Motorbetrieb einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 dargestellt ist, bei dem die Kolben 4 mittels der Wälzkörper 5 auf der Hubbahn 7 abwälzen, ist weiterhin ersichtlich, dass die Breite der Niederhaltenut 20 und somit der seitliche Abstand der beiden Nutwangen der Niederhaltenut 20 derart bemessen ist, dass im Motorbetrieb das Eingriffsmittel E zwischen den Nutwangen der Niederhaltenut 20 angeordnet ist ohne mit den Nutwangen in Eingriff zu gelangen.
Gelangt die Verdrängermaschine 1 in den in der 3 dargestellten Pumpenbetrieb, gelangt das von der Erweiterung 26 gebildete Eingriffsmittel E mit der Niederhaltebahn 21 in formschlüssige Verbindung, wodurch der Kolben 4 über die Axialerweiterung A an der Niederhaltebahn 21 gemäß der Arbeitshubbewegung geführt wird. Im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 kann somit ein Abheben der Kolben 4 samt Wälzkörper 5 von der Hubbahn 7 sicher und mit hoher Betriebssicherheit vermieden bzw. begrenzt werden, wobei durch die Anordnung der Niederhaltebahn 21 das Abheben der Wälzkörper 5 von der Hubbahn 7 auf einen definierten Wert begrenzt werden und eingestellt werden kann.
Wie aus der 3 ersichtlich ist, erzeugt die zwischen dem Eingriffsmittel E und der Niederhaltebahn 21 auftretende Kontaktkraft eine wirksame Niederhaltekraft bzw. Axialkraft F_ax, die über die Axialerweiterung A auf den Kolben 4 übertragen wird und der am Kolben 4 angreifenden Kraft F_u entgegenwirkt, die im Pumpenbetrieb aus dem sich vergrößernden Verdrängerraum und dem daraus entstehenden Unterdruck resultiert. Von der axialen Niederhaltekraft F_ax wird der Kolben samt Wälzkörper 5 an der Hubbahn 7 gehalten. Aufgrund des Schrägungswinkels der Niederhaltebahn 21 erzeugt die Kontaktkraft weiterhin eine Tangentialkraft F_t. Die Tangentialkraft F_t wird gemäß den 1 und 2 über die Axialerweiterung A auf den zylindrischen Kolbenteil des Kolbens 4 übertragen und kann von einer nicht näher dargestellten Verdrehsicherung an der Kolbenausnehmung 3 und somit der Zylindertrommel 2 abgestützt werden.
Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform treten zwischen der Erweiterung E und der Niederhaltebahn 21 bei der formschlüssigen Verbindung und Führung an der Niederhaltebahn 21 im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 Gleitbewegungen auf.
Um diese Gleitbewegungen zu vermeiden, kann gemäß der 4 an dem von der stiftförmigen Erweiterung 26 gebildete Eingriffsmittel E ein von einer Rolle gebildeter Wälz- oder Gleitkörper 30 angeordnet werden, der auf der Erweiterung 26 drehbar gelagert ist.
In der 5 ist das Eingriffmittel E von einem an der Axialausnehmung A, die von der seitlichen Kolbenverlängerung 25 gebildet sein kann, angeordneten und als Zylinderstift ausgebildeten Stift 27 gebildet, der drehfest an der Axialerweiterung A befestigt ist, beispielsweise in eine entsprechende Aufnahmebohrung 28 der Axialerweiterung A eingepresst ist. Der Stift 27 kann direkt im Pumpenbetrieb mit der Niederhaltebahn 21 in Eingriff gelangen. Bei der in der 5 dargestellten Ausführungsform ist an dem Stift 25 zur Reibungsverminderung ein von einer Rolle gebildeter Wälz- oder Gleitkörper 30 gemäß der 4 drehbar angeordnet.
Bei der Ausführungsform gemäß der 6 ist das Eingriffsmittel E von einem Wälzkörper 35 gebildet, der in einer Vertiefung 36 der Axialerweiterung A des Kolbens 4 eingelegt ist. Der Wälzkörper 35 ist von einer Kugel gebildet, der in einer kalottenförmigen Vertiefung 36 der Axialerweiterung A eingelegt ist. Anstelle der im Querschnitt U-förmigen Niederhaltenut 20 gemäß den 1 bis 5 ist die Niederhaltenut 20 der 6 an den kugelförmigen Wälzkörper 35 angepasst und mit einem sphärischen Querschnitt versehen. Die Breite der Niederhaltenut 20 ist gemäß den 1 bis 5 derart bemessen, dass der Wälzkörper 35 lediglich im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine 1 mit der Niederhaltebahn 21 in Eingriff gelangt.
Bei dem in den 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist anstelle der an den Kolben 4 angeformten Axialerweiterung A die Axialerweiterung A von einer seitlich an dem Kolben 4 befestigten Platte 40 gebildet. Zur Befestigung der Platte 40 an dem Kolben 4 ist ein als Zylinderstift ausgebildetes Verbindungsmittel 41 vorgesehen.
Die von der Platte 40 gebildete Axialerweiterung A weist weiterhin die Funktion einer Verdrehsicherung des Kolbens 4 auf. Hierzu ist an der Zylindertrommel 2 eine nutförmige Längsausnehmung 45 angeordnet, in der die Platte 40 längsverschiebbar angeordnet und geführt ist. An der Längsausnehmung 45 kann hierbei weiterhin die Tangentialkraft F_t beim Führen des Eingriffsmittels E entlang der Niederhaltebahn 21 an der Zylindertrommel 2 abgestützt werden.
Das an der Platte 40 angeordnete Eingriffsmittel E zur formschlüssigen Verbindung der Axialerweiterung A mit der Niederhaltebahn 21 der Niederhaltenut 20 ist von einer in einer kalottenförmigen Vertiefung 36 angeordneten und von einer Kugel 35 ausgebildeten Wälzkörper 35 gemäß der 6 ausgebildet, die in der sphärischen Niederhaltenut 20 eingreift. Die Vertiefung 36 kann hierbei in die Platte 40 eingeprägt werden. Es können jedoch ebenfalls die Eingriffsmittel E gemäß 1 bis 5 an der Platte 40 angeordnet werden und die Niederhaltenut 20 mit einem entsprechenden U-förmigen Querschnitt versehen werden.
Bei der in den 7 bis 10 dargestellten Ausführungsform ist der Wälzkörper 5 als hülsenförmige Rolle ausgebildet, der auf einem Lagerbolzen 46 drehbar gelagert ist.
Die Zylindertrommel 2 ist im radial inneren Bereich der Kolbenausnehmung 3 mit einer Längsnut 47 und im radial äußeren Bereich der Kolbenausnehmung 3 mit einer Längsnut 48 versehen, in denen der Lagerbolzen 46 in axialer Richtung längsverschiebbar angeordnet ist. Der Lagerbolzen 46 ist hierbei in dem in den Längsnuten 47, 48 angeordneten Bereich jeweils als Nutstein 46a, 46b ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Verdrehsicherung des Lagerbolzens 46 um die Längsachse erzielt werden. Die Länge des radial innen angeordneten Nutsteins 46b übersteigt hierbei den Durchmesser der Längsbohrung des Wälzkörpers 5, so dass mittels des Nutsteins 46b eine axiale Sicherung des Wälzkörpers 5 in Längsrichtung des Lagerzapfens 46 nach radial Innen erzielt werden kann. Die Platte 40 ist mit einer Aufnahmebohrung 50 für den Lagerzapfen 46 versehen und steht mit einem bolzenförmigen Abschnitt des Lagerzapfens 46 in Verbindung. Der Durchmesser der Aufnahmebohrung 50 ist kleiner als der Außendurchmesser des Wälzkörpers 5 ausgebildet, wodurch mittels der Platte 40 eine Axialsicherung des Wälzkörpers 5 nach Radial außen erzielt werden kann.
Die nutförmige Längsausnehmung 45, in der die Platte 40 geführt ist, ist hierbei angrenzend an die Längsnut 48 als deren Erweiterung ausgebildet.
Über den Lagerzapfen 46, der in den Längsnuten 47, 48 der Zylindertrommel 2 längsverschiebbar angeordnet ist, können hierbei die im Betrieb der Verdrängermaschine 1 beim Abrollen des Wälzkörpers 5 auf der Hubbahn 7 entstehenden Querkräfte direkt in die Zylindertrommel 2 eingeleitet werden, wodurch an den Kolben 4 keine Querkräfte angreifen. Zudem weist der in den Längsnuten 47, 48 geführte Lagerzapfen 46 die Funktion der Verdrehsicherung für den Wälzkörper 5 auf.
Bei der Ausführungsform der 7 bis 10 ist an der Stirnseite der Zylindertrommel 2 eine kreisförmige Ausnehmung 55 ausgebildet, in der die Hubscheibe 6 mit der Hubbahn 7 eintaucht. Die Hubbahn 7 ist somit über den gesamten Kolbenhub der Kolben 4 innerhalb der Axialerstreckung der Zylindertrommel 2 angeordnet, so dass die Platte 40 im Bereich des Eingriffsmittels E über den gesamten Kolbenhub in der nutförmigen Längsausnehmung 45 abgestützt ist, um die Tangentialkraft F_t der Niederhalteeinrichtung N an der Zylindertrommel 2 abzustützen.
Mit der erfindungsgemäßen formschlüssigen Niederhalteeinrichtung N, bei der die Kolben 4 mit der Niederhaltebahn 21 in Verbindung gelangen und mittels des Eingriffsmittels E entlang der Niederhaltebahn 21 der Niederhalteeinrichtung N geführt werden, wird auf einfache Weise und in zuverlässiger Weise erzielt, dass auch bei einem geringen Druck in den Verdrängerräumen während des Pumpenbetriebs der Verdrängermaschine 1 die Kolben 4 durch die Niederhaltebahn 21 gemäß der Arbeitshubbewegung an der Hubbahn 7 geführt werden. Die Kolben 4 mit den Wälzkörpern 5 können somit auf einfache Weise in Anlage oder geringem definierten Abstand zur Hubbahn 7 gehalten werden, wodurch ein Abheben der Kolben 4 mit den Wälzkörpern 5 von der Hubbahn 7 wirksam und mit geringem Bauaufwand bei hoher Betriebszuverlässigkeit erzielt wird. Bei einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine, die als Motor, insbesondere eines Fahrantriebs, verwendet wird, wird somit eine sichere Füllung der Verdrängerräume im Pumpenbetrieb zuverlässig sichergestellt und ein sicheres Bremsverhalten und ein sicheren Bremsbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
Die in den 1 bis 10 dargestellte äußere Niederhalteeinrichtung N, bei der die Niederhaltenut 20 am Außenumfang des Hubringes 6 angeordnet ist, kann ebenfalls als innere Niederhalteeinrichtung N ausgebildet werden, wobei die Niederhaltenut 20 mit der Niederhaltebahn 21 an der inneren Seitenfläche der Hubscheibe 6 und somit am Innenumfang der Hubscheibe 6 als umlaufende Vertiefung eingearbeitet wird.
Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine 1 kann hierbei einhubig oder mehrhubig ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine 1 kann als Axialkolbenmaschine gemäß den 1 bis 10 oder als Radialkolbenmaschine ausgebildet sein. Bei einer Radialkolbenmaschine ist die mit der Niederhaltebahn versehene Niederhaltenut radial nach Außen versetzt zur Hubbahn angeordnet und kann in den mit der Hubbahn versehenen Hubring eingearbeitet werden. Die Axialerweiterung A des Kolbens ist hierbei in radialer Richtung der Radialkolbenmaschine an der Stirnseite des Hubringes vorbei in den radial äußeren Bereich der Niederhaltenut zu verlängern.
Die erfindungsgemäße kann mit einem feststehenden Hubscheibe und einer drehenden Zylindertrommel (Schrägescheibenprinzip oder Schrägachsenprinzip) oder mit einer feststehenden Zylindertrommel und einem drehenden Hubscheibe (Taumelscheibenprinzip) ausgebildet sein.
Zudem ist die erfindungsgemäße hydraulische Niederhalteeinrichtung bei Verdrängermaschinen mit einer Abstützung der Kolben an einer Hubbahn mittels als Gleitschuhen ausgbildeten Abstützkörpern einsetzbar.
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, 0004]

Claims

Hydrostatische Verdrängermaschine mit einer Zylindertrommel, die mit Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben mittels jeweils eines Wälzkörpers an einer huberzeugenden Hubbahn abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrängermaschine (1) mit einer formschlüssigen Niederhalteeinrichtung (N) versehen ist, wobei an der den Wälzkörpern (5) gegenüberliegenden Seite der Hubbahn (7) eine mit einer Niederhaltebahn (21) versehene Niederhaltenut (20) ausgebildet ist, mit der die Kolben (4) in Wirkverbindung stehen.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurve der Hubbahn (7) und die Hubkurve der Niederhaltebahn (21) einen phasengleichen Verlauf und gleiche Hubhöhen aufweisen.
Verdrängermaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkurve an einer der Zylindertrommel (2) zugewandten Stirnseite einer Hubscheibe (6) ausgebildet ist, wobei die Niederhaltenut (20) an einer Seitenfläche der Hubscheibe (6) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltenut (20) als Vertiefung in die Hubscheibe (6) eingearbeitet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltenut (20) mit einer der Hubbahn (7) zugewandten seitlichen Nutwange versehen ist, an der die Niederhaltebahn (21) ausgebildet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (4) mit jeweils einer seitlichen Axialerweiterung (A) zur formschlüssigen Verbindung mit der Niederhaltenut (20) versehen sind.
Verdrängermaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialerweiterung (A) als Verdrehsicherung des Kolbens (4) und/oder des Wälzkörpers (5) ausgebildet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialerweiterung (A) an dem Kolben (4) angeformt ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialerweiterung (A) von einer an dem Kolben (4) angeordneten Platte (40) gebildet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (40) mittels eines Verbindungsmittels (41), insbesondere eines Zylinderstiftes, mit dem Kolben (4) verbunden ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialerweiterung (A) in einer nutförmigen Längsausnehmung (45) der Zylindertrommel (2) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (5) auf einem Lagerbolzen (46) drehbar gelagert ist, wobei der Lagerbolzen (46) in mindestens einer Längsnut (47; 48) der Zylindertrommel (2) verdrehgesichert und längsverschiebbar gelagert ist, die angrenzend an die nutförmige Längsausnehmung (45) in der Zylindertrommel (2) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialerweiterung (A) eine Axialsicherung des Wälzkörpers (5) bildet.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Axialerweiterung (A) ein Eingriffsmittel (E) angeordnet ist mittels dem die Axialerweiterung (A) mit der Niederhaltenut (20) in formschlüssiger Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (E) als Stift (27), insbesondere Zylinderstift, oder als eine Erweiterung (26) der Axialerweiterung (A), insbesondere eine stiftförmige Erweiterung, ausgebildet ist, wobei der Stift (27) bzw. die Erweiterung (26) mit der Niederhaltenut (20) in formschlüssiger Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (27) drehfest an der Axialerweiterung (A) befestigt ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (E) direkt mit der Niederhaltenut (20) in Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (E) mittels eines Wälz- oder Gleitkörpers (30) mit der Niederhaltenut in Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälz- oder Gleitkörper (30) von einer drehbar am Eingriffsmittel (E) angeordneten Rolle gebildet ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingriffsmittel (E) von einem Wälzkörper (35) gebildet ist. (D)
Verdrängermaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass an der Axialerweiterung (A) eine Vertiefung (36) ausgebildet ist, in der der Wälzkörper (35) eingelegt ist, der mit der Niederhaltenut (20) in formschlüssiger Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Wälzkörper (35) als Kugel ausgebildet ist, der in einer kalottenförmigen Vertiefung (36) der Axialerweiterung (A) angeordnet ist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltenut (20) einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltenut (20) einen sphärischen Querschnitt aufweist.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Niederhaltenut (20) derart bemessen ist, dass lediglich im Pumpenbetrieb der Verdrängermaschine (1) das Eingriffsmittel (E) mit der Niederhaltebahn (21) in formschlüssiger Verbindung steht.
Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, zwischen der Niederhaltenut (20) und dem an der Axialerweiterung (A) angeordneten Eingriffsmittel (E) eine reibungsvermindernde Beschichtung vorgesehen ist.