DE102010055657A1

DE102010055657A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102010055657A1
Application number: DE102010055657A
Authority: DE
Inventors: Dirk van Aalst; Andreas Kuhse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten und von einer Triebwelle drehbar antreibbaren Zylindertrommel, in der über den Umfang verteilt mehrere zur Drehachse parallele Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen verschiebliche Kolben angeordnet sind, die sich mit an ihren aus den Zylinderbohrungen herausragenden Enden angeordneten Gleitschuhen auf einer Schrägscheibe zur Erzeugung eines Kolbenhubs abstützen, mit einer die Gleitschuhe in Anlage an der Schrägscheibe haltenden und mit den Gleitschuhen drehfest verbundenen Rückzugplatte, die von einer von der Triebwelle drehbar antreibeaufschlagt ist. Die Rückzugplatte ist auf der Rückzugkugel schwenkbar gelagert sowie von der Rückzugkugel um die Drehachse drehbar mitnehmbar. Die Kolben weisen einen Kolbenschaft geringeren Durchmessers als die Zylinderbohrungen auf, der sich von dem gleitschuhseitigen Ende zum zylinderbohrungseitigen Ende erstreckt, wobei an dem zylinderbohrungseitigen Ende der Kolben ein Kolbenkopf angeordnet ist, der in der Zylinderbohrung aus seiner Koaxialität zur Zylinderbohrung herausschwenkbar angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten und von einer Triebwelle drehbar antreibbaren Zylindertrommel, in der über den Umfang verteilt mehrere zur Drehachse parallele Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen verschiebliche Kolben angeordnet sind, die sich mit an ihren aus den Zylinderbohrungen herausragenden Enden angeordneten Gleitschuhen auf einer Schrägscheibe zur Erzeugung eines Kolbenhubs abstützen, mit einer die Gleitschuhe in Anlage an der Schrägscheibe haltenden und mit den Gleitschuhen drehfest verbundenen Rückzugplatte, die von einer von der Triebwelle drehbar antreibbaren Rückzugkugel axial gegen die Schrägscheibe beaufschlagt ist.
Bei derartigen Axialkolbenmaschinen erfolgt die Mitnahme der Zylindertrommel durch die Triebwelle über eine Verzahnung. Die Kolben sind dabei zylindrisch. Dabei hängt die Qualität der Abdichtung zwischen den Kolben und den Zylinderbohrungen von der Passung und der Resteintauchtiefe der Kolben in den Zylinderbohrungen ab.
Weiterhin werden die zylindrischen Kolben über die Resteintauchtiefe in den Zylinderbohrungen geführt und durch diese mitgenommen.
Die Resteintauchtiefen liegen bei 15% bis 30% des Gesamthubes.
Lange Resteintauchtiefen ergeben einen besseren volumetrischen und mechanischen Wirkungsgrad als kurze Resteintauchtiefen. Gleichzeitig verlagern aber lange Resteintauchtiefen auch die Baulänge der Axialkolbenmaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine kurze Baulänge der Axialkolbenmaschine ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rückzugplatte auf der Rückzugkugel schwenkbar gelagert sowie von der Rückzugkugel um die Drehachse drehbar mitnehmbar ist und dass die Kolben einen Kolbenschaft geringeren Durchmessers als die Zylinderbohrungen aufweisen, der sich von dem gleitschuhseitigen Ende zum zylinderbohrungsseitigen Ende erstreckt, wobei an dem zylinderbohrungsseitigen Ende der Kolben ein Kolbenkopf angeordnet ist, der in der Zylinderbohrung aus seiner Koaxialität zur Zylinderbohrung heraus schwenkbar angeordnet ist.
Durch die Drehmitnahme der Kolben mittels der Rückzugkugel und der Rückzugplatte und nicht durch die Zylindertrommel ist nur eine geringe Resteintauchtiefe erforderlich und es können die Kolben mit einer kurzen Baulänge ausgebildet werden, so dass auch die Axialkolbenmaschine eine wesentlich geringere Baulänge erhält.
Gleichzeitig wird ein hoher volumetrischer und mechanischer Wirkungsgrad erreicht.
Trotz der geringen Resteintauchtiefe der Kolben wird eine hohe Qualität der Abdichtung zwischen den Kolbenköpfen und den Zylinderbohrungen erreicht, wenn die Kolbenköpfe mit ihren Mantelflächen radial federnd an den Wandungen der Zylinderbohrungen in Anlage sind.
Obwohl die Führungslänge gering ist kommt es zu keinem Verklemmen der Kolbenköpfe in den Zylinderbohrungen, wenn die Kolbenköpfe kugelartige oder teilkugelartige Mantelflächen aufweisen, mit denen sie in den Zylinderbohrungen verschiebbar und schwenkbar geführt sind.
Sind die Kolbenköpfe an ihren dem Inneren der Zylinderbohrungen zugewandten Enden mit einer zum Inneren der Zylinderbohrungen offenen taschenartige Ausnehmung versehen, so ist die Radialkraft, mit der die Kolbenköpfe an den Wandungen der Zylinderbohrungen anliegen abhängig von dem jeweiligen Druck in den Zylinderbohrungen. Herrscht während der Ausschubphase ein hoher Druck, bei dem auch die Qualität der Abdichtung zwischen Kolbenköpfen und Zylinderbohrungen hoch sein soll, so ist auch der radiale Anpreßdruck der Kolbenköpfe an den Wandungen der Zylinderbohrungen hoch.
Verschleißmindernd ist während des Saughubs dieser Anpreßdruck deutlich geringer.
Dazu können die radial umlaufenden Wandungen der Kolbenköpfe radial federnd ausgebildet sein.
Eine Möglichkeit der Ausbildung dazu besteht darin, dass die radial umlaufenden Wandungen mit ein oder mehreren sich axial erstreckenden Schlitzen versehen sind.
In einer einfachen Ausbildung sind die Gleitschuhe und mit ihnen die aus den Zylinderbohrungen herausragenden Enden der Kolben von der Triebwelle drehbar angetrieben, wenn die Rückzugkugel entlang ihrer Kugelmantelfläche ein oder mehrere sich in Erstreckungsrichtung der Drehachse erstreckende Mitnahmenuten oder erste Mitnahmezähne aufweist, in die entsprechende radial zur Drehachse sich erstreckende Mitnahmeansätze oder zweite Mitnahmezähne der Rückzugplatte hineinragen.
Zum Sicherstellen der Anlage der Rückzugkugel an der Schrägscheibe kann dabei die Rückzugkugel von einem Federelement federnd axial gegen die Schrägscheibe kraftbeaufschlagt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Axialkolbenmaschine im Längsschnitt
2 eine Teilansicht einer Rückzugkugel und einer Rückzugplatte der Axialkolbenmaschine nach 1 im Längsschnitt
3 eine Draufsicht der Rückzugplatte nach 2.
Im Inneren eines nicht dargestellten Gehäuses einer Axialkolbenmaschine ist eine Zylindertrommel 1 angeordnet, die um eine Drehachse 2 drehbar gelagert ist.
In der Zylindertrommel 1 sind parallel zur Drehachse 2 am Umfang gleichmäßig verteilt Zylinderbohrungen 3 ausgebildet.
In den Zylinderbohrungen 3 sind Kolben 4 axial verschieblich angeordnet.
Die Zylinderbohrungen 3 weisen an einem stirnseitigen Ende der Zylindertrommel 1 jeweils eine Zylinderöffnung 5 auf, wobei während der Drehung der Zylindertrommel 1 die Zylinderöffnungen 5 nacheinander eine erste Steuerniere 6 und eine zweite Steuerniere 7 überstreichen, die in einem stirnseitigen an der Zylindertrommel 1 anliegenden Steuerspiegel 8 ausgebildet sind, der drehfest mit dem Gehäuse der Axialkolbenpumpe verbunden ist.
Die entlang eines Kreissegments sich erstreckenden Steuernieren 6 und 7 sind jeweils mit nicht dargestellten Arbeitsleitungen verbunden.
An ihren den Steuernieren 6 und 7 abgewandten Enden weisen die Kolben 4 jeweils einen kugelartigen Fortsatz 9 auf, dessen Kugelgeometrie mit einer Ausnehmung 10 eines Gleitschuhs 11 korrespondiert.
Die Gleitschuhe 11 stützen sich auf einer gegenüber der Drehachse 2 geneigten Schrägscheibe 12 ab.
Um die Kontaktfläche zwischen den Gleitschuhen 11 und der Schrägscheibe 12 mit Schmiermittel zu versorgen, weisen sowohl die kugelartigen Fortsätze 9 als auch die Gleitschuhe 11 jeweils eine Druckölbohrung 13 auf. Damit sind aus den Druckmittelreservoir der Zylinderbohrungen 3 sowohl die Kontaktstellen zwischen den Gleitschuhen 11 und der Schrägscheibe 12 als auch zwischen den kugelartigen Fortsätzen 9 und den Ausnehmungen 10 der Gleitschuhe 11 ausreichend geschmiert.
Eine koaxial in einer Ausnehmung 14 der Zylindertrommel 1 verschiebbar geführte von einer Schraubendruckfeder 17 nach außen belastete drehfest mit der Zylindertrommel 1 verbundene Rückzugkugel 15 weist eine zur Drehachse 2 koaxiale Kugelmantelfläche 16 auf, mit der sie eine Rückzugplatte 18 in Richtung auf die Schrägscheibe 12 kraftbeaufschlagt.
Die Rückzugplatte 18 weist entsprechend der Kolben 4 gleichmäßig auf einen Teilkreis ausgebildete Mitnahmeöffnungen 19 auf, die die kleinen Stufen 20 der stufig ausgebildeten Gleitschuhe 11 umgreifen. Die Rückzugplatte 18 beaufschlagt die große Stufen 21 der Gleitschuhe 11 und preßt sie in Anlage an die Schrägscheibe 12.
In ihrem zentrischen Bereich weist die Rückzugplatte 18 eine Zentralausnehmung 22 geringeren Durchmessers als dem Durchmesser der Rückzugkugel 15 auf, in die zwei Mitnahmeansätze 23 diametral zueinander gerichtet hineinragen.
Entsprechend den Mitnahmeansätzen 23 sind entlang der Kugelmantelfläche 16 der Rückzugkugel 15 Mitnahmenuten 24 ausgebildet, die sich in Erstreckungsrichtung der Drehachse 2 erstrecken und in die die Mitnahmeansätze 23 hineinragen.
Dadurch können die Mitnahmeansätze 23 und die Rückzugplatte 18 ungehindert die Schwenkbewegung der Gleitschuhe 11 an der Schrägscheibe 12 mitvollziehen und gleichzeitig die Drehbewegung der Zylindertrommel 1 über die Rückzugkugel 15 auf die Rückzugplatte 18 und die Gleitschuhe 11 übertragen.
Die Kolben 4 weisen an ihren den kugelartigen Fortsätzen 9 entgegengesetzten Enden einen scheibenartigen Kolbenkopf 25 auf, der eine teilkugelartige Mantelfläche 26 besitzt, mit der er in der Zylinderbohrung 3 axial verschiebbar und verschwenkbar geführt ist.
In den dem Inneren der Zylinderbohrungen 3 zugewandten Enden sind die Kolbenköpfe 25 mit zum Inneren der Zylinderbohrungen 3 offenen taschenartigen Ausnehmungen 27 versehen, wodurch die radial umlaufenden Wandungen 28 der Kolbenköpfe 25 radial federnd sind.
Durch den jeweiligen Druck in den Zylinderbohrungen 3 werden damit die Wandungen 28 entsprechend mehr oder weniger stark gegen die Wandungen der Zylinderbohrungen 3 gepreßt.
Zwischen den Fortsätzen 9 und den Kolbenköpfen 25 weisen die Kolben 4 Kolbenschäfte 29 mit geringerem Durchmesser als dem Durchmesser der Zylinderbohrungen 3 auf.

Claims

Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar gelagerten und von einer Triebwelle drehbar antreibbaren Zylindertrommel, in der über den Umfang verteilt mehrere zur Drehachse parallele Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen verschiebliche Kolben angeordnet sind, die sich mit an ihren aus den Zylinderbohrungen herausragenden Enden angeordneten Gleitschuhen auf einer Schrägscheibe zur Erzeugung eines Kolbenhubs abstützen, mit einer die Gleitschuhe in Anlage an der Schrägscheibe haltenden und mit den Gleitschuhen drehfest verbundenen Rückzugplatte, die von einer von der Triebwelle drehbar antreibbaren Rückzugkugel axial gegen die Schrägscheibe beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückzugplatte (18) auf der Rückzugkugel (15) schwenkbar gelagert sowie von der Rückzugkugel (15) um die Drehachse drehbar mitnehmbar ist und dass die Kolben (4) einen Kolbenschaft (29) geringeren Durchmessers als die Zylinderbohrungen (3) aufweisen, der sich von dem gleitschuhseitigen Ende zum zylinderbohrungsseitigen Ende erstreckt, wobei an dem zylinderbohrungsseitigen Ende der Kolben (4) ein Kolbenkopf (25) angeordnet ist, der in der Zylinderbohrung (3) aus seiner Koaxialität zur Zylinderbohrung (3) heraus schwenkbar angeordnet ist.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenköpfe (25) mit ihren Mantelflächen (26) radial federnd an den Wandungen der Zylinderbohrungen (3) in Anlage sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenköpfe (25) kugelartige oder teilkugelartige Mantelflächen (26) aufweisen, mit denen sie in den Zylinderbohrungen (3) verschiebbar und schwenkbar geführt sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenköpfe (25) an ihren dem Inneren der Zylinderbohrungen (3) zugewandten Enden mit einer zum Inneren der Zylinderbohrungen (3) offenen taschenartige Ausnehmung (27) versehen sind.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial umlaufenden Wandungen (28) der Kolbenköpfe (25) radial federnd ausgebildet sind.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radial umlaufenden Wandungen mit ein oder mehreren sich axial erstreckenden Schlitzen versehen sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückzugkugel (15) entlang ihrer Kugelmantelfläche (16) ein oder mehrere sich in Erstreckungsrichtung der Drehachse (2) erstreckende Mitnahmenuten (24) oder erste Mitnahmezähne aufweist, in die entsprechende radial zur Drehachse (2) sich erstreckende Mitnahmeansätze (23) oder zweite Mitnahmezähne der Rückzugplatte (18) hineinragen.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückzugkugel (15) von einem Federelement federnd axial gegen die Schrägscheibe (12) kraftbeaufschlagt ist.