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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein für eine derartige Axialkolbenmaschine geeignetes Einsatzteil.
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Eine Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 062 065 A1 195 36 997 C1 und dem Datenblatt RDE 93220-04-R/02.08 der Bosch Rexroth AG bekannt und kann als Einfach- oder Doppelaxialkolbenmaschine und als Pumpe oder Motor ausgeführt sein. Bei diesen bekannten Lösungen ist die Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse ausgeführt, in dem zumindest eine Zylindertrommel mit einer Vielzahl von jeweils einen Arbeitsraum begrenzenden Kolben drehbar gelagert ist. Diese Kolben sind jeweils über einen Kolbenfuß an einer Schrägscheibe abgestützt, deren Anstellwinkel den Kolbenhub bestimmt.
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Der jeweils von einem Kolben begrenzte Arbeitsraum ist über eine stirnseitig im Gehäuse angeordnete Steuerscheibe alternierend mit einem Hochdruck- und einem Niederdruckkanal verbindbar. Die Zylindertrommel ist drehfest mit einer Triebwelle verbunden, die je nach Maschinenart (Motor, Pumpe) entweder als Abtriebswelle oder als Antriebswelle wirkt.
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Bei den oben genannten Axialkolbenmaschinen weist das Gehäuse ein in etwa topfförmiges oder doppeltopfförmiges Gehäuseteil auf, in dessen Topfboden die Hochdruck- und Niederdruckkanäle ausgebildet sind, die über die mit Bezug zur rotierenden Zylindertrommel feststehende Steuerscheibe aufeinander folgend mit den Arbeitsräumen der Zylindertrommel verbindbar sind. Bei anderen Axialkolbenmaschinen kann der Teil des Gehäuses, in dem die Druckkanäle ausgebildet sind, auch plattenförmig ausgebildet sein.
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In der Steuerscheibe sind mehrere auf einem gemeinsamen Teilkreis liegende, vergleichsweise kleine Drucknieren ausgebildet, zwischen denen jeweils ein Materialsteg angeordnet ist. Niederdruckseitig ist jede Steuerscheibe mit einer Saugniere ausgeführt, die sich über einen im Vergleich zu den kleinen Drucknieren größeren Umfangswinkelbereich erstreckt.
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Die
US 7,257,948 B1 zeigt eine Doppelaxialkolbenmaschine, bei der zwischen zwei Pumpeinheiten eine als Innenzahnradmaschine ausgeführte Ladepumpe angeordnet ist. Die Ladepumpe ist dabei zwischen zwei fest mit dem Gehäuse verbundenen Scheiben angeordnet. Die Scheiben weisen dabei die oben beschriebenen Drucknieren und eine Saugniere auf. und bilden in diesem Bereich zugleich das Gehäuse der Axialkolbenmaschine aus, d. h. sie sind radial nicht vom Gehäuse oder einem Gehäuseteil umfasst. Trommelseitig liegt jede Scheibe an der zugeordneten Zylindertrommel an.
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Nachteilig daran ist, dass die Scheiben nicht von einem Gehäuse umfasst sind, so dass Anlageflächen der Scheiben mit der Ladepumpe gefährdet gegenüber Verschmutzungen sind.
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In der
DE 195 36 997 C1 ist eine Doppelaxialkolbenpumpe mit zwei Pumpeinheiten in Schrägscheibenbauweise dargestellt, bei der das Gehäuse einen scheibenförmigen mittleren Gehäuseteil aufweist, in dem die beiden Triebwellen der beiden Einheiten drehfest miteinander verbunden sind. In diesem Bereich zwischen den beiden Wellen ist ein Laufrad bzw. ein Impeller einer Ladepumpe gelagert, über die das Druckmittel niederdruckseitig und für beide Einheiten mit einem Ladedruck beaufschlagbar ist. Zur Montage des Laufrads ist das Gehäuseteil auf der Seite einer ersten Einheit mit einem Einsatzring ausgeführt, der, nachdem das Laufrad ins Gehäuseteil eingesetzt ist, montiert wird. In diesem Einsatzring sind der Zylindertrommel der ersten Einheit zugeordnete Hochdruck- und Niederdruckkanalabschnitte ausgeführt, die auf der Seite des mittleren Gehäuseteils mit einem im Gehäuseteil angeordneten Hochdruck- und einem Niederdruckkanal in Druckmittelverbindung stehen. Bei der zweiten Pumpeinheit sind diese Hochdruck- und Niederdruckkanalabschnitte in der Wandung des Gehäuseteils ausgebildet.
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Arbeitsräume der beiden Zylindertrommeln sind über eine stirnseitig am mittleren Gehäuseteil (zweite Pumpeinheit) bzw. stirnseitig am Einsatzring (erste Pumpeinheit) angeordnete Steuerscheibe alternierend mit dem Hochdruck- und dem Niederdruckkanalabschnitt des Gehäuses bzw. des Einsatzringes verbindbar. In der Steuerscheibe sind hochdruckseitig mehrere auf einem gemeinsamen Teilkreis liegende, vergleichsweise kleine Drucknieren ausgebildet, zwischen denen jeweils ein Materialsteg angeordnet ist. Niederdruckseitig ist jede Steuerscheibe mit einer Saugniere ausgeführt, die sich über einen im Vergleich zu den kleinen Drucknieren größeren Umfangswinkelbereich erstreckt.
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Die beiden Steuerscheiben sind dabei sehr dünn ausgeführt und liegen mit einer hochpräzise geschliffenen axialen Anlagefläche an einer ebenso präzisen axialen Anlagefläche des Einsatzrings bzw. des mittleren Gehäuseteils an. Trommelseitig sind die Steuerscheiben ebenso sehr präzise sphärisch konvex gefertigt und geschliffen.
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Die Hochdruckkanäle im mittleren Gehäuseteil sind im Bereich der Drucknieren und der an diese angrenzenden Materialstege beim Betrieb der Axialkolbenmaschine mit vergleichsweise hohen Drücken beaufschlagt. Problematisch ist dabei, dass in der Regel der Gehäuseteil aus Sphäroguss hergestellt ist, und dass genau in diesem Bereich eine im Hinblick auf den Gießfrontverlauf problematische Zone vorliegt, in der während der Gusserstarrung Lunkerstellen auftreten können. Bei hohen Belastungen aufgrund eines hohen hydraulischen Drucks kann es dann im Bereich vorhandener Lunker zu Beschädigungen oder Deformationen des Gehäuseteils kommen, so dass die Laufzeit der Axialkolbenmaschine verringert ist.
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Nachteilig an der Lösung ist, dass die Steuerscheibe, der Einsatzring und der Gehäuseteil, an dem die Steuerscheibe anliegt, in der geforderten Präzision und Druckfestigkeit nur sehr aufwändig zu fertigen sind und in axialer Richtung verhältnismäßig viel Platz beanspruchen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine mit verkürzter Baulänge, und vereinfachter Fertigung zu schaffen, bei der die Gefahr einer Beschädigung durch Druckbeanspruchung verringert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Einsatzteil mit den Merkmalen des Patentanspruches 19 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine hat ein Gehäuseteil, in dem eine drehfest mit einer Triebwelle verbundene Zylindertrommel gelagert ist. Die Zylindertrommel hat eine Vielzahl von jeweils einen Arbeitsraum begrenzenden und an einer Schrägscheibe abgestützten Kolben. Die Arbeitsräume sind dabei während einer Rotation der Trommel alternierend über einen Hochdruckkanalabschnitt und einen Niederdruckkanalabschnitt eines gehäusefesten oder fest im Gehäuse angeordneten Einsatzteils mit einem Hochdruck- und mit einem Niederdruckkanal, die im Gehäuseteil verlaufen, verbindbar. Der Ausdruck ”im Gehäuseteil verlaufen” schließt dabei mit ein, dass die Kanäle auch in in das Gehäuseteil eingesetzten weiteren Teilen verlaufen. Erfindungsgemäß liegt das Einsatzteil mit einer Steuerfläche der Zylindertrommel unmittelbar gegenüber, wobei der Hochdruckkanalabschnitt und der Niederdruckkanalabschnitt in der Steuerfläche etwa nierenförmige Mündungsbereiche haben. Das Einsatzteil liegt direkt an der Zylindertrommel an, wenn man den sich im Betrieb bildenden Schmierfilm zwischen Einsatzteil und Zylindertrommel als nicht beachtlich für die Betrachtungsweise ansieht.
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Das Einsatzteil vereint die Funktion eines Einsatzringes und die Funktion einer Steuerscheibe in einem einzigen und kompakten Bauteil, indem im Einsatzteil der Hochdruckkanalabschnitt seine Verjüngung von einem nierenförmigen Mündungsbereich zu einer kreiszylindrischen Mündung erfährt und indem über das Einsatzteil die Arbeitsräume der Zylindertrommel mit dem Hochdruckkanal und Niederdruckkanal in Druckmittelverbindung gebracht werden. Diese einteilige Ausführung resultiert in einem geringeren Fertigungsaufwand, da anstatt des herkömmlichen Einsatzringes mit Steuerscheibe nun nur noch ein Einsatzteil gefertigt und bearbeitet werden muss. Dadurch, dass der Einsatzring und die Steuerscheibe einstückig als Einsatzteil ausgeführt sind, entfällt auch die Fertigung von Anlageflächen zwischen den herkömmlichen beiden Teilen (Einsatzring, Steuerscheibe). Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die schwierige Fertigung beziehungsweise Bearbeitung der dünnen Steuerscheibe entfällt. Die Verwendung eines derart einstückig ausgebildeten Einsatzteils gegenüber einer direkt am Gehäuse anliegenden Steuerscheibe trägt weiterhin zu einer höheren Druckfestigkeit des Gehäuses bei, da hoch belastete Bereiche um die Hochdruckanbindung erfindungsgemäß nicht im Gehäuse oder Gehäuseteil sondern im Einsatzteil ausgeführt sind und das Einsatzteil urform- bzw. umformtechnisch wesentlich besser zu beherrschen ist. Diese Bauweise ermöglicht es schließlich, das Gehäuseteil vergleichsweise dünnwandig auszuführen, während das Gehäuseteil im Bereich der mit Hochdruck belasteten Zonen durch das Einsatzteil ausgebildet ist. Bei gleicher Druckfestigkeit sind somit auch größere Kanalquerschnitte möglich, was die Strömungsbedingungen in der Maschine und den Wirkungsgrad der Maschine positiv beeinflussen. Die genannten Vorteile führen dazu, dass der Bauraum und insbesondere die Baulänge der gesamten Axialkolbenmaschine, gegenüber den herkömmlichen Lösungen verkürzt werden, da diese sehr voluminöse Gehäuse benötigten, um die erforderliche Druckfestigkeit bereit zu stellen.
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In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung hat der Hochdruckkanalabschnitt an seinem gegenüber dem Mündungsbereich in der Steuerfläche anderen Ende eine etwa kreiszylindrische Mündung.
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Die Steuerfläche des Einsatzteils liegt so an einer Stirnfläche der Zylindertrommel an, dass ein flächiger Kontakt zwischen dem Einsatzteil und der Zylindertrommel ausgebildet ist und die Arbeitsräume über die Mündungsbereiche druckmitteldicht mit dem HD- oder mit dem ND-Kanalabschnitt im Einsatzteil verbindbar sind. Der flächige Kontakt zwischen der Steuer- und der Stirnfläche ist dabei so ausgebildet, dass die Zylindertrommel mit der Triebwelle ohne zuviel Leckage zwischen Zylindertrommel und Einsatzteil zusammen rotieren kann. Es baut sich nur jeweils ein Schmierfilm zwischen der Stirnfläche der Zylindertrommel und der Steuerfläche des Einsatzteils auf.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung weisen ein Mündungsbereich oder die Mündungsbereiche eine Feinumsteuergeometrie, insbesondere eine Umsteuernut auf, die in der Steuerfläche ausläuft. Die Nut verläuft dabei vorteilhafter Weise etwa entlang eines Teilkreises, der während der Rotation der Zylindertrommel sowohl vom Mündungsbereich als auch von einsatzteilseitigen Öffnungen der Arbeitsräume abdeckbar ist. Arbeitet die Axialkolbenmaschine mit unterschiedlichen Drehrichtungen der Triebwellen, ist es zudem von Vorteil, wenn an den Mündungsbereichen für beide Drehrichtungen Feinumsteuergeometrien vorgesehen sind.
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Vorzugsweise ist die Steuerfläche sphärisch ausgebildet. Sie kann dabei konkav oder konvex ausgebildet sein. Möglich ist aber auch eine plane Steuerfläche.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Steuerfläche als eine gegenüber einer übrigen der Zylindertrommel zugekehrten Oberfläche des Einsatzteils erhabene Ringfläche ausgebildet, in der sich die Mündungsbereiche befinden. Somit liegt nur eine kleine und definierte Fläche an der Zylindertrommel an, wodurch die Arbeitsräume besonders zuverlässig und gut kontrollierbar und bis auf die zum Aufbau des Schmierfilms notwendige Leckage druckmitteldicht mit dem Hochdruck- oder mit dem Hochdruck- und dem Niederdruckkanalabschnitt im Einsatzteil verbindbar sind.
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Um Druckschäden am Einsatzteil beziehungsweise an den Mündungsbereichen zu verhindern, verlaufen in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung im Mündungsbereich des Hochdruckkanalabschnittes oder des Niederdruckkanalabschnittes ein oder mehrere Materialstege (33) zwischen der radial inneren Begrenzung und der radial äußeren Begrenzung.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist eine stirnflächenseitige Oberfläche der Materialstege gegenüber der Steuerfläche zurückgestuft ist. Auf diese Weise schließt die Oberfläche der Materialstege nicht bündig mit der Steuerfläche ab und die den Materialstegen benachbarten Ausnehmungen oder Steuernieren stehen unmittelbar an der Steuerfläche miteinander in Druckmittelverbindung.
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Vorzugsweise weist der Niederdruckkanalabschnitt des Einsatzteils zum Gehäuseteil hin einen Mündungsbereich in einer Umfangsfläche auf.
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Die Mündung des Hochdruckkanalabschnittes ist bevorzugt in einer Umfangsfläche am Einsatzteil ausgebildet.
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Der Aufbau der Axialkolbenmaschine lässt sich vereinfachen, wenn in der Mündung des Hochdruckkanalabschnitts eine Passaufnahme ausgebildet ist, in die eine in das Gehäuseteil reichende Druckbuchse eingesetzt, in der der Hochdruckkanal vom Einsatzteil in das Gehäuseteil wechselt. Durch die Buchse wird auch eine Lagesicherung des Einsatzteils bezüglich des Gehäuseteils erhalten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Druckbuchse dabei abgestuft ist, so dass eine solche Beaufschlagungsfläche für den Hochdruck geschaffen wird, dass an der Druckbuchse eine Kraft in Richtung auf das Einsatzteil wirksam ist.
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Um das Einsatzteil gegen das Gehäuse axial abzustützen, weist das Einsatzteil eine radiale Rückstufung auf, über die eine axiale Anlagefläche zum Gehäuse ausgebildet ist. Über die radiale Rückstufung ist das Einsatzteil zudem radial im Gehäuse zentrierbar.
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Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn im Einsatzteil eine Aufnahme ausgebildet, in die ein Gleitlager oder Wälzlager eingesetzt, über das die Triebwelle im Einsatzteil und damit im Gehäuseteil gelagert ist.
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Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung ist das Einsatzteil ein Stahlgussteil, wobei vorzugsweise nitrierter Stahlguss verwendet wird. Möglich ist auch, dass das Einsatzteil ein Schmiedeteil ist oder aus massivem Material spanend herausgearbeitet und nitriert ist. Prinzipiell ist es auch möglich, anstelle eines bevorzugt verwendeten Stahlgusses, eines Sphärogusses oder Graugusses das Gehäuse aus einem einfacheren Material, beispielsweise aus Leichtmetall herzustellen.
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Eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 kann insbesondere auch als Doppelaxialkolbenmaschine ausgeführt sein mit zwei in einem gemeinsamen Gehäuseteil aufgenommenen Einheiten, zu denen zumindest eine Triebwelle und jeweils eine Zylindertrommel gehören, wobei jeder Einheit ein Einsatzteil im Sinne zumindest eines der vorhergehenden Ansprüche zugeordnet ist.
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Ist jeder Zylindertrommel jeweils eine Triebwelle zugeordnet, sind diese bevorzugt an ihren gegenüberliegenden Endabschnitten über eine Kupplungsbuchse drehfest miteinander verbunden, wobei die Kupplungsbuchse bevorzugt über ein in einer Aufnahme der beiden Einsatzteile angeordnetes Wälz- oder Gleitlager drehbar gelagert ist. Dabei können die Triebwellen eine Außenverzahnung aufweisen, die in eine Innenverzahnung der Kupplungsbuchse eingreift. Bevorzugt sind die Endabschnitte der Wellen dabei kurz gehalten, wodurch Biegungen der Triebwelle ausgeglichen werden können und nur begrenzt auf die Kupplungsbuchse übertragen werden. Weisen die beiden Triebwellen identische in der Buchse aufgenommene Endabschnitte auf, sind die beiden Einheiten in zwei Varianten (links/rechts) montierbar.
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Im Bereich zwischen den Zylindertrommeln kann eine Ladepumpe angeordnet sein, über die ein niederdruckseitig zuströmendes Druckmittel mit einem Ladedruck beaufschlagbar ist und wobei ein Impellerrad der Ladepumpe zumindest abschnittsweise mit einem oder beiden Einsatzteilen eine axiale Spaltdichtung bildet.
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Bevorzugt wird, wenn das Laufrad oder Impellerrad drehfest mit der Kupplungsbuchse verbunden ist. Dabei kann es beispielsweise einstückig mit der Buchse ausgeführt oder an die Buchse angeformt sein.
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Das erfindungsgemäße Einsatzteil hat einen Hochdruckkanalabschnitt mit einem stirnseitigen Mündungsbereich und einer etwa kreiszylindrischen radialen Mündung und ist einstückig ausgebildet. Ein Rohling des Einsatzteils kann dabei ein einstückig ausgebildetes Gussteil sein oder aus Rohlingen eines Einsatzringes und einer Steuerplatte, die stoffschlüssig – beispielsweise durch Anschmelzen oder Schweißen – miteinander verbunden sind, bestehen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Detaildarstellung in einem Teilschnitt entlang der Längsachse einer Doppelaxialkolbenpumpe,
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2 eine Detaildarstellung der Doppelaxialkolbenpumpe gemäß 1 in vergrößerter Darstellung,
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3 eine perspektivische Darstellung eines ersten Einsatzteils der Doppelaxialkolbenpumpe gemäß 1 und 2,
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4 und 5 Schnittansichten des ersten Einsatzteils der Doppelaxialkolbenpumpe gemäß 3,
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6 eine perspektivische Darstellung eines zweiten erfindungsgemäßen Einsatzteils der Doppelaxialkolbenpumpe gemäß 1 und 2,
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7 eine Schnittansicht des zweiten Einsatzteils der Doppelaxialkolbenpumpe gemäß 6 und
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8 eine für beide Einsatzteile gültige Draufsicht einer Oberseite des Einsatzteils.
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Da der Grundaufbau einer Doppelaxialkolbenpumpe aus dem Stand der Technik, beispielsweise wie aus der
DE 195 36 997 C1 hinlänglich bekannt ist, werden im Folgenden nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente und insbesondere ein mittlerer Bereich der Maschine erläutert.
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Die Doppelaxialkolbenpumpe 1 gemäß 1 hat ein mehrteiliges Gehäuse, von dem in 1 nur das mittlere doppeltopfartige Gehäuseteil 2 mit Gehäuseabschnitten 2a, 2b und 2c teilweise gezeigt ist. Der Gehäuseabschnitt 2b ist ein Mittelteil, von dem aus die Gehäuseabschnitte 2a und 2c nach entgegengesetzten Richtungen wegragen. Im Gehäuse sind zwei Pumpeneinheiten 66, 68 angeordnet. Im Gehäuseabschnitt 2a und 2b ist eine Triebwelle 4 der Pumpeneinheit 66 und im Gehäuseabschnitt 2b und 2c eine Triebwelle 5 der Pumpeneinheit 68 angeordnet und gelagert. Die an den mittleren Gehäuseabschnitt 2b angesetzten etwa zylinderförmigen Gehäuseabschnitte 2a und 2c bilden gemeinsam mit außen liegenden Deckeln (nicht dargestellt) einen Aufnahmeraum für zwei Zylindertrommeln 10, 11 aus. Die Triebwellen 4, 5 weisen eine Außenverzahnung auf, die in eine entsprechende Innenverzahnung (beide nicht dargestellt) jeweils einer Zylindertrommel 10, 11 eingreift.
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Die Zylindertrommeln 10, 11 haben dabei eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden Zylinderbohrungen 12, in denen jeweils ein Kolben 14 geführt ist. Dieser begrenzt gemeinsam mit der Zylinderbohrung 12 einen Arbeitsraum 16, dessen Volumen vom Kolbenhub abhängig ist. Ein vom Arbeitsraum 16 entfernter Kolbenfuß (nicht dargestellt) jedes Kolbens 14 ist gelenkig mit einem Gleitschuh (nicht dargestellt) verbunden. Dieser liegt an jeweils einer in den Gehäuseabschnitten 2a bzw. 2c drehfest gelagerten Schrägscheibe (ebenso nicht dargestellt) an, wobei der Anstellwinkel einer Anlagefläche, an der die Gleitschuhe abgleiten kann, den Kolbenhub bestimmt. Je nach Ausgestaltung der Doppelaxialkolbenpumpe 1 kann dieser Anstellwinkel der Schrägscheiben verstellbar oder unveränderlich ausgeführt sein.
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Jede Zylindertrommel 10, 11 hat an ihrer in 1 gezeigten Stirnseite eine Stirnwandung 26, in der eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden Kanälen 27 ausgebildet sind, die einerseits jeweils in einem der Arbeitsräume 16 und andererseits in der außen liegenden Stirnfläche 28 der Zylindertrommeln 10, 11 münden. Beide Stirnflächen 28 sind konkav sphärisch ausgeführt. Jede Stirnfläche 28 der Zylindertrommeln 10, 11 jeder Pumpeneinheit 66, 68 liegt erfindungsgemäß gleitend an gehäusefest gelagerten Einsatzteilen 30, 31 an, in denen jeweils in an sich bekannter Weise Drucknieren 32 und eine vergleichsweise große Saugniere 34 ausgebildet sind. Die Drucknieren 32 und die Saugnieren 34 stehen während der Rotation der Zylindertrommeln 10, 11 alternierend in Druckmittelverbindung mit den Arbeitsräumen 16. Der erfindungsgemäße Aufbau der Einsatzteile 30, 31 wird später anhand der 3 bis 8 erläutert.
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Das Pumpengehäuseteil 2 oder genauer gesagt das mittlere Gehäuseabschnitt 2b ist im Betrieb der Axialkolbenpumpe, insbesondere in dem an die Einsatzteile 30, 31 angrenzenden Bereiche, mit erheblichen Druckkräften beaufschlagt. Diese werden erfindungsgemäß durch die Einsatzteile 30, 31 aufgenommen, die im Hinblick auf ihre Geometrie und Materialwahl auf diese Druckbelastung abgestimmt sind. Dadurch ist es möglich, das mittlere Gehäuseabschnitt 2b mit einem vergleichsweise einfachen Aufbau auszugestalten, der gießtechnisch einfach zu beherrschen ist.
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Im mittleren Gehäuseabschnitt 2b sind zwei Hochdruckanschlüsse P1, P2, wobei der einen Pumpeneinheit der Hochdruckanschluss P1 und der anderen Pumpeneinheit der Hochdruckanschluss P2 zugeordnet ist. Ein nicht näher gezeigter Tankanschluss ist beiden Pumpeneinheiten gemeinsam. Der Hochdruckanschluss P1, P2 einer Einheit 66, 68 ist dabei über je einen Hochdruckkanal (HD-Kanal) 46 und einen im Einsatzteil 30, 31 angeordneten Hochdruckkanalabschnitt (HD-Kanalabschnitt) 52 mit den oben genannten Drucknieren 32 verbunden. Der Niederdruckanschluss T einer Einheit 66, 68 ist über einen Niederdruckkanal (ND-Kanal) (nicht dargestellt) und einen im Einsatzteil 30, 31 angeordneten Niederdruckkanalabschnitt (ND-Kanalabschnitt) 54 mit der oben genannten Saugniere 34 verbunden. In beide HD-Kanäle 46 ist jeweils eine Druckbuchse 62 eingesetzt. Die beiden Druckbuchsen 62 sind stufenförmig ausgebildet mit einer über jeweils eine Entlastungsbohrung 113 zum Gehäuseinneren entlasteten Ringfläche 114 an der Stufe und derart mit Hochdruck beaufschlagt, dass sich eine radial ins Innere der Doppelaxialkolbenpumpe 1 wirkende Druckkraftresultierende einstellt. Ein in 1 unten liegender Endabschnitt der Druckbuchsen 62 liegt dabei passgenau an einer Passfläche der Einsatzteile 30, 31 an, so dass diese insbesondere im Bezug auf die Winkellage über die Druckbuchsen 62 lagefixiert sind.
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Die Triebswellen 4, 5 weisen an ihren Endabschnitten Außenverzahnungen 102 auf, die mit einer Innenverzahnung der Kupplungsbuchse 80 kämmen. Auf diese Weise sind die Triebwellen 4, 5 über die Kupplungsbuchse 80 drehfest miteinander verbunden. Die Kupplungsbuchse 80 ist dabei über zwei Gleitlager 86, 87 in den beiden Einsatzteilen 30, 31 radial gelagert. Sie weist zudem zwei radial erweiterte Ringstege 88, 89 auf, von denen der Ringsteg 88 an einer Ringschulter 90 des Gleitlagers 87 und der Ringsteg 89 an einer Ringschulter 91 des Gleitlagers 86 axial abgestützt ist.
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Wie beispielsweise in der
DE 195 36 997 C1 beschrieben, sind derartige Doppelaxialkolbenmaschinen mit einer Ladepumpe
82 ausgeführt. Bei der konkreten Lösung ist diese Ladepumpe
82 durch einen Impeller gebildet, der über die Kupplungsbuchse
80 drehfest mit den Triebwellen
4,
5 verbunden ist und über den das Druckmittel saugseitig mit einem Ladedruck beaufschlagt ist. Ein Impellerrad
84 ist dabei über den Ringsteg
89 an die Kupplungsbuchse
80 einstückig angeformt. Über das Impellerrad
84 wird Druckmittel aus einem Saugraum T angesaugt und in einen Ladedruckraum
104 gefördert. Der Ladedruckraum
104 ist über die saugseitigen ND-Kanalabschnitte
54 der Einsatzteile
30,
31 mit deren Saugnieren
34 verbunden.
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2 zeigt eine vergrößerte Teildarstellung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 im Bereich der beiden Druckbuchsen 62. Man erkennt einen Teil des Impellerrades 84 und der Kupplungsbuchse 80. Die Kupplungsbuchse 80 bildet in 2 links und rechts zwei Naben 100, 101 aus, in deren Bereich die Außenverzahnung 102 der Triebwellen 4, 5 mit der Innenverzahnung der Kupplungsbuchse 80 kämmt. Gemäß dieser Darstellung haben die Einsatzteile 30, 31 stirnseitig je einen zum Impellerrad 84 vorspringenden umlaufenden Führungsbund 108, 109 der jeweils den Außenumfang des Impellerrades 84 abschnittsweise überdeckt und mit diesem einen Dichtspalt bildet. Durch die radialen Dichtspalte ist die Ladedruckseite des Impellers einerseits gegen eine Saugseite des Impellers und andererseits gegen den im Innenraum des Gehäuses, in dem sich die Zylindertrommel der einen Einheit befindet, abgedichtet. Die Naben 100 und 101 des Impellers tauchen in die beiden Gleitlager 86, 87 ein, die jeweils in einer Aufnahme 148, 149 der Einsatzteile 30, 31 eingepasst und mit einer Ringstirnfläche 124, 125 ihrer Ringschultern 90, 91 in einer radialen Erweiterung der Aufnahme 148, 149 axial abgestützt sind. Die den Ringschultern gegenüberliegenden Planflächen an den Ringstegen 88 und 89 dienen als axiale Führung der Kupplungsbuchse mitsamt Impeller. Ansonsten besteht zwischen den axialen Stirnflächen des Impellers und den Einsatzteilen 30, 31 ein gewisses Spiel. Der dadurch bedingte flache Ringraum zwischen dem Impeller und dem Einsatzteil 30 und damit die entsprechende Seitenfläche am Impeller ist durch eine Bohrung 85 im Impeller vom Ladedruck entlastet. Alternativ kann der flache Ringraum auch durch eine Bohrung 83, die in 1 gestrichelt angedeutet ist, durch das Einsatzteil 30 hindurch zum Gehäuseinneren entlastet sein.
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Die beiden identischen Druckbuchsen 62 sind an einer Überschussfläche radial nach innen (in 2 nach unten) mit dem Hochdruck beaufschlagt, so dass sie stets in Richtung des zugeordneten Einsatzteils 30, 31 beaufschlagt sind. Der mit einer Ringstirnfläche 126 ausgeführte Endabschnitt der Druckbuchsen 62 taucht in eine entsprechende radiale Passaufnahme 130 der Einsatzteile 30 bzw. 31 ein, so dass die Einsatzteile 30, 31 in Bezug zur Winkellage fixiert sind. Ihre radiale Zentrierung erfolgt jeweils über ihre kreiszylindrischen Außenumfangsflächen 166, 168, mit denen sie in eine durchgängige Passbohrung 160 des mittleren Gehäuseabschnitts 2b eingesetzt sind.
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Details der beiden Einsatzteile 30 und 31 werden anhand der 3 bis 8 erläutert. Dabei zeigt die 3 in einer Übersicht den prinzipiellen Aufbau des Einsatzteils 30 und die 4 und 5 das Einsatzteil 30 in einem Schnitt bzw. in einem vergrößerten. Schnitt. Die 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau des etwas größeren Einsatzteils 31 und die 7 das Einsatzteil 31 in einem Schnitt. Die 8 zeigt eine Draufsicht, die bis auf die Anordnung der Umsteuernuten 36 für beide Einsatzteile 30, 31 gilt. Die Umsteuernuten sind so eingezeichnet, wie sie bei dem Einsatzteil 30 aus den 3 bis 5 vorhanden sind. Bei dem Einsatzteil 31 befinden sich die Umsteuernuten an den jeweils anderen enden der Steuernieren, da die Drehrichtung der Zylindertrommel, die an dem Einsatzteil 31 anliegt, bezüglich des Einsatzteils 31 entgegengesetzt zu der Drehrichtung der anderen Zylindertrommel bezüglich des Einsatzteils 30 ist.
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Die Einsatzteile 30, 31 sind aus einem vergleichweise hochfesten Material, beispielsweise aus nitriertem Stahlguss ausgebildet, während das Gehäuseteil 2 aus einem Material mit vergleichweise geringerer Druckfestigkeit, beispielsweise aus Leichtmetallguss oder dergleichen hergestellt sein kann.
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Die 3 bis 5 erläutern im Folgenden den Aufbau des erfindungsgemäßen Einsatzteils 30 der Einheit 66.
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In
3 ist das Einsatzteil
30 mit einem trommelseitigen Endabschnitt
140 und einem impellerseitigen Ringabschnitt
142, der gegenüber dem trommelseitigen Endabschnitt
140 radial zurückgesetzt ist gezeigt. In wenigstens einem der beiden Abschnitten
140 und
142 ist die Passaufnahme
130 für die Druckbuchse
62 (vgl.
1 oder
2) ausgebildet. An einer Oberseite des Einsatzteils
30 bzw. an der in den
4 und
5 rechten Seite des trommelseitigen Endabschnittes
140 ist eine ringförmige sphärische Steuerfläche
144 leicht erhaben gegenüber einer übrigen Oberseite
146, ausgebildet. Erfindungsgemäß liegt diese Steuerfläche
144 im montierten Zustand des Einsatzteils
30 an der Stirnfläche
28 der Zylindertrommel
10 (vgl.
1 und
2) an. Über die schmale ringförmige Form der Steuerfläche
144 ist es ermöglicht, eine definierte und gut dichtende Anlage- bzw. Kontaktzone zwischen der Zylindertrommel
10 und dem Einsatzteil
30 auszubilden, die bei Rotation der Teile gegeneinander mit der Betriebsflüssigkeit einen Gleitfilm bildet. Die Steuerfläche
144 ist dabei sehr präzise gefertigt und geschliffen. Gleiches gilt für die ihr gegenüber stehende Stirnfläche
28 der Zylindertrommel
10. Gegenüber dem Stand der Technik (vgl. die
DE 195 36 997 C1 ), in dem zwei Einzelteile – ein Einsatzring und eine dünne Steuerscheibe – die Funktion des erfindungsgemäß einstückigen Einsatzteiles
30 übernehmen, hat das Einsatzteil
30 den Vorteil, dass sowohl die Urformung, also das Gießen, als auch die folgenden Bearbeitungsschritte aufgrund der Größe und Kompaktheit des Einsatzteils
30 vereinfacht sind.
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In der Steuerfläche 144 sind der axiale HD-Mündungsbereich 56 und der axiale ND-Mündungsbereich 58 ausgebildet. Durch Materialstege 33 getrennt sind dabei im HD-Mündungsbereich 56 drei Drucknieren 32 ausgebildet. Eine Oberfläche der Materialstege 33 ist gegenüber der Steuerfläche 144 etwas abgesenkt, wodurch im Betrieb alle drei Drucknieren 32 des Einsatzteils 30 miteinander in Druckmitteverbindung stehen. Der ND-Mündungsbereich 58 ist durch eine große Saugniere 34 ausgebildet.
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Jeder Mündungsbereich 56, 58 weist jeweils eine Umsteuernut 36 auf, wodurch Druckstöße im Betrieb der Doppelaxialkolbenpumpe 1 reduziert werden können. Je nach Drehrichtung befindet sich die Umsteuernut am einen oder anderen Ende der Mündungsbereiche.
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4 zeigt einen Schnitt des Einsatzteils 30 gemäß 3 aus dem sich sehr gut der Verlauf des HD-Kanalabschnittes 52 und des ND-Kanalabschnittes 54 erschließt. Demgemäß sind beide Kanalabschnitte 52, 54 winkelförmig ausgeführt, wobei die Mündungsbereiche 56, 58 jeweils in Axialrichtung in der Steuerfläche 144 des Endabschnitts 140 münden. Gut sichtbar ist, dass die Steuerfläche 144 an den Stellen der Mündungsbereiche 56 und 58 sehr schmal ausgebildet ist und zudem nicht parallel zur übrigen Oberseite 146 des Einsatzteils 30 ausgebildet ist. Eine zum Druckanschluss P (vgl. 1 und 2) hin orientierte Mündung 132 bzw. ein zum Sauganschluss T hin orientierter Mündungsbereich 134 münden radial in einer Umfangswandung im Übergangsbereich zwischen dem steuerseitigen Endabschnitt 140 und dem dagegen radial zurückgesetzten Ringabschnitt 142.
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Über eine axiale Durchgangsbohrung ist eine Aufnahme 148 für das Gleitlager 86 gemäß der 1 und 2 im Einsatzteil 30 geschaffen. Weiterhin ist impellerseitig eine radiale Rückstufung 150 der Aufnahme 148 vorgesehen, worin die Ringschulter 90 des Gleitlagers 86 (vgl. 1 und 2) eintauchen kann.
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Im Bereich der Stirnfläche des Ringabschnitts 142 ist der bereits in 2 erläuterte Führungsbund 108 ausgebildet, der den Impeller 84 abschnittsweise in Umfangsrichtung umgreift.
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Für eine definierte axiale Positionierung des Einsatzteils 30 im Gehäuseabschnitt 2b ist die radiale Abstufung des Einsatzteils 30 vom Endabschnitt 140 hin zum Ringabschnitt 142 normal zur Mittelachse ausgeführt, wodurch eine Anlagefläche in Form einer Ringstirnfläche 141 ausgebildet ist. Diese Anlage ist ebenso wie die Steuerfläche 144 oder die Stirnfläche 28 (vgl. 1) präzise geschliffen.
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Über eine Außenumfangsfläche 168 ist das Einsatzteil 30 gemäß 2 im Gehäuseabschnitt 2b in der dafür vorgesehenen axialen Passbohrung 160 radial zentriert und gelagert.
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5 zeigt zur besseren Darstellung eines Bereiches der Steuerfläche 144 einen Schnitt durch das Einsatzteil 30 gemäß 4 in einer vergrößerten Darstellung. Ein symmetrischer Mittelteil der Aufnahme 148 gemäß 4 ist dabei weggeschnitten. Über eine Strichpunkt-Kurve A, die die Steuerfläche 144 tangiert, ist angedeutet, dass die Steuerfläche 144 einen Abschnitt einer sphärischen bzw. kugelförmigen Oberfläche ausgebildet ist. Der Radius der Strichpunktkurve A entspricht dabei dem Radius der entsprechenden Kugel. In dieser Darstellung ist gut zu erkennen, dass innerhalb des HD-Mündungsbereiches 56 ein radialer Durchmesser einer Drucknieren 32 gegenüber eines Materialsteges 33 etwas verringert ist, woraus die in 3 bereits besprochene Absenkung der steuerflächenseitige Oberfläche der Materialstege 33 gegenüber der Steuerfläche 144 resultiert. Der ND-Mündungsbereich 58 ist durch eine große Saugniere 34 ausgebildet und weist keine solche Absenkung auf. Die Oberfläche der Materialstege 33 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel planar und normal zur Mittelachse des Einsatzteils 30 ausgebildet. Um die Druckfestigkeit der Steuerfläche 144 zu erhöhen kann diese Oberfläche alternativ aus einer zur Steuerfläche 144 konzentrischen Fläche mit leicht reduziertem Radius ausgebildet sein. Um eine Kerbwirkung zwischen der Wandung der Steuerfläche 144 und der Oberseite 146 des Einsatzteiles zu verringern, geht die Oberseite 146 über eine stützende Ringstufe 120 in die Wandung der Steuerfläche 144 über.
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Die 6 und 7 erläutern im Folgenden den Aufbau des erfindungsgemäßen Einsatzteils 31 der Einheit 68.
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6 zeigt das Einsatzteil 31 der Einheit 68, das im Prinzip dem Einsatzteil 30 der Einheit 66 gemäß den 1 bis 5 ähnlich ist. Gleich ausgebildete Merkmale tragen daher die gleichen Bezugszeichen des Einsatzteils 30.
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Ein trommelseitiger Endabschnitt 140 hat einen HD-Mündungsbereich 56 mit einer durch Materialstege 33 verstärkte Druckniere 32 und einen ND-Mündungsbereich 58 mit einer Saugniere 34. An der in 7 rechten Seite des trommelseitigen Endabschnittes 140 ist die ringförmige sphärische Steuerfläche 144 leicht erhaben gegenüber der übrigen Oberseite 146 ausgebildet. Eine Oberfläche der Materialstege 33 ist gegenüber der Steuerfläche 144 etwas abgesenkt, wodurch die Druckniere 32 des Einsatzteils 31 unmittelbar in der Steuerfläche nicht unterbrochen ist. Der ND-Mündungsbereich 58 ist durch eine große Saugniere 34 ausgebildet. Jeder Mündungsbereich 56, 58 weist zudem analog zum Einsatzteil 30 jeweils eine Umsteuernut 36 auf.
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In der Darstellung gemäß 6 erkennt man des Weiteren die Passaufnahme 130 für die Druckbuchse 62 der Einheit 68 (vgl. 2). Diese Passaufnahme 130 mündet in einem, gegenüber dem Einsatzteil 30 bedeutend längeren Ringabschnitt 154, der gegenüber dem Endabschnitt 140 des Einsatzteils 31 in Radialrichtung zurückgesetzt ist.
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Erfindungsgemäß liegt die Steuerfläche 144 des Einsatzteils 31 im montierten Zustand des Einsatzteils 31 an der Stirnfläche 28 der Zylindertrommel 11 (vgl. 1 und 2) an. Dabei ergeben sich die gleichen Vorteile gegenüber dem Stand der Technik wie in der Beschreibung gemäß 3 bereits bezüglich des Einsatzteils 30 dargelegt.
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In der Darstellung gemäß 6 erkennt man auch eine Aussparung 156, die sich zum Saugraum hin öffnet, so dass das Druckmittel über diese Aussparung 156 zum Impellerrad 84 (vgl. 1 und 2) strömen kann.
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Impellerradseitig ist gemäß der Schnittdarstellung in 7 in der Stirnfläche des Ringabschnitts 154 wiederum eine Stirnausnehmung ausgeführt, deren Umfangswandungen den Führungsbund 109 für einen Abschnitt des Impellerrads 84 ausbilden, so dass dieses – wie bereits erwähnt – durch den Führungsbund 108 am Einsatzteil 30 und den Führungsbund 109 am Einsatzteil 31 in Radialrichtung einen Dichtspalt bildet. Eine axiale Durchgangsbohrung bildet eine Aufnahme 149 für das Gleitlager 87 (vgl. 2) im Einsatzteil 31 aus. Weiterhin ist impellerseitig eine radiale Rückstufung 151 der Aufnahme 149 vorgesehen, worin die Ringschulter 91 des Gleitlagers 87 (vgl. 2) eintauchen kann.
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Für eine definierte axiale Positionierung des Einsatzteils 31 im Gehäuseabschnitt 2b, ist die radiale Abstufung des Einsatzteils 31 vom Endabschnitt 140 hin zum Ringabschnitt 154 normal zur Mittelachse ausgeführt, wodurch analog zum Einsatzteil 30 der Einheit 66 eine Anlagefläche in Form einer Ringstirnfläche 141 ausgebildet ist. Diese Anlage ist ebenso wie die Steuerfläche 144 oder die Stirnfläche 28 der Zylindertrommel 11 der Einheit 68 (vgl. 1) präzise geschliffen. Gemäß 2 liegt das Einsatzteil 31 mit seiner Ringstirnfläche 141 am Gehäuseteil 2 an.
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Über eine Außenumfangsfläche 166 ist das Einsatzteil 31 gemäß 2 im Gehäuseabschnitt 2b in der dafür vorgesehenen axialen Passbohrung 160 radial zentriert und gelagert.
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8 zeigt eine für beide Einsatzteile 30, 31 gültige Draufsicht der Oberseite der Einsatzteile 30, 31, die den jeweiligen Stirnflächen 28 der Zylindertrommeln 10 und 11 zugewandt ist. Analog zu den 3 bis 7 sind die Steuerfläche 144, die axial etwas zurückgestufte übrige Oberseite 146, die Mündungsbereiche 56 und 58, die Druckniere 32 und Materialstege 33, die Umsteuernuten 36 und die Saugniere 34 abgebildet. Dabei befinden die Umsteuernuten drehrichtungsabhängig jeweils an dem ende der Mündungsbereiche, dass die Kanäle 27 in der Zylindertrommel von der Saugniere 34 kommend über die Nut 36 der Druckniere den Druck im Arbeitsraum langsam aufbauen und von der Druckniere kommend über die Nut 36 der Niederdruckniere den Druck langsam abbauen können.
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Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse, und einer Zylindertrommel, wobei im Gehäuse ein Einsatzteil mit einem HD-Kanalabschnitt angeordnet ist, der von einem etwa nierenförmigen trommelseitigen HD-Mündungsbereich in eine etwa kreiszylindrische gehäuseseitige Mündung übergeht, wobei das Einsatzteil direkt an der Zylindertrommel anliegt. Offenbart ist des Weiteren ein Einsatzteil für eine derartige Axialkolbenmaschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006062065 A1 [0002]
- DE 19536997 C1 [0002, 0008, 0044, 0051, 0057]
- US 7257948 B1 [0006]
