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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise bekannt, bei denen eine Mehrzahl von Zylindern in einer Zylindertrommel gebildet ist. Die Zylindertrommel ist schräg zu einer Triebwelle (bei Motoren zur Abtriebswelle und bei Pumpen zur Antriebswelle) und zu einer Scheibe der Triebwelle angestellt. Damit stehen auch die Zylinder schräg zur Triebwelle, wodurch die Schrägachsbauweise in der vorliegenden Schrift definiert ist. In jedem Zylinder ist ein Kolben geführt, der über einen Kolbenfuß schwenkbar an die Scheibe gekoppelt ist. Im Betrieb der Maschine drehen sich die Triebwelle mit der Scheibe und die dazu angestellte „schräge” Zylindertrommel mit den Kolben, so dass diese bei jedem Umlauf einen Gesamthub (Hub in eine Richtung und Hub in Gegenrichtung) ausführen.
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Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise bekannt, bei denen die Zylinder als einzelne Zylinderrohre beziehungsweise -hülsen gebildet sind.
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In der Druckschrift
DE 2007 011 441 A1 ist eine Axialkolbenmaschine mit einteiligen Zylinderhülsen offenbart, die schräg zu einer Triebwelle der Maschine angestellt sind. Daher wird in der vorliegenden Schrift auch die Axialkolbenmaschine gemäß der
DE 2007 011 441 A1 als Axialkolbenmaschine in Schrägachsbauweise bezeichnet. Die Anstellung der Zylinderhülsen wird über eine gemeinsame rotierbare Trommelscheibe realisiert, die sich an einer gehäusefesten Schrägscheibe abstützt, die normal zur Drehachse der Trommelscheibe ausgerichtet ist. Dabei ist zur Axial-Lagerung der Trommelscheibe ein flächiger Anlagebereich zwischen der Trommelscheibe und der Schrägscheibe vorgesehen. Zur Radial-Lagerung ist ein kreisförmiger Anlagebereich zwischen einer inneren Mantelfläche der Trommelscheibe und einer sphärisch aufgeweiteten Außenumfangswandung einer Triebwelle der Maschine vorgesehen. Nachteilig an dieser Lagerung sind ihre Reibungsverluste.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einzelnen Zylinderhülsen zu schaffen, die eine Abstützung zumindest eines rotierenden Teils in axialer und radialer Richtung bei minimalen Reibungsverlusten bietet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine hat mehrere Zylinderhülsen, die an ein erstes und an ein zweites rotierbares Teil gekoppelt sind, so dass die beiden rotierbaren Teile und die Zylinderhülsen im Betrieb der Maschine mit deren Triebwelle drehen. Zur Erzeugung eines Hubes ist das zweite rotierbare Teil schräg zum ersten rotierbaren Teil mit verschiedenen Winkeln anstellbar (verstellbare Maschine) oder mit einem festen Winkel angestellt (Konstantmaschine). Das erste rotierbare Teil und/oder das zweite rotierbare Teil ist beziehungsweise sind über ein jeweiliges hydrostatisches Gleitlager an einem Gehäuse abgestützt, wobei jedes hydrostatische Gleitlager einen rotationssymmetrischen konkaven oder negativ kegeligen Anlagebereich und einen dem entsprechend geformten rotationssymmetrischen konvexen oder positiv kegeligen Anlagebereich aufweist. Durch die Formgebung kann das hydrostatische Gleitlager axiale Kräfte und radiale Kräfte bei minimalen Reibungsverlusten aufnehmen. Es wird bevorzugt, wenn das hydrostatische Gleitlager hochentlastet ist. Die beiden rotierbaren Teile können scheibenförmig sein.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung ist in jeder Zylinderhülse ein Endabschnitt eines Kolbens verschiebbar aufgenommen, wobei die Kolben an dem zweiten rotierbaren Teil befestigt sind. Durch dessen feste oder variable Anstellung zum ersten rotierbaren Teil wird der Hub des Kolbens in der Zylinderhülse erzeugt. Der Endabschnitt ist gegenüber dem Kolben radial erweitert und dichtend in die Zylinderhülse eingesetzt. Dabei ist jede Zylinderhülse um vergleichsweise kleine Winkel schwenkbar gegenüber dem jeweiligen Endabschnitt.
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Vorzugsweise ist jeder Endabschnitt von einem kolbenseitigen Kugelabschnitt gebildet.
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Zur Kopplung der Zylinderhülsen mit der Triebwelle ist jede Zylinderhülse vorzugsweise über ein Gelenk an dem ersten rotierbaren Teil befestigt. Über diese Gelenke ist die jeweilige Zylinderhülse um vergleichsweise große Winkel schwenkbar am ersten rotierbaren Teil gelagert.
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Dabei kann in jede Zylinderhülse ein weiterer Kugelabschnitt eingesetzt sein, wobei die Kugelabschnitte an dem ersten rotierbaren Teil befestigt sind. Damit ist ein jeweiliges Kugelgelenk gebildet, das vorrichtungstechnisch einfach die vergleichsweise großen Schenkwinkel der jeweiligen Zylinderhülse am ersten rotierbaren Teil ermöglicht.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gleitlagers sind die beiden Anlagebereiche Kugelkalotten. Gemäß einer ersten Variante ist dabei die konkave Kugelkalotte am rotierbaren Teil vorgesehen, während dem entsprechend die konvexe Kugelkalotte am Gehäuse vorgesehen ist. Gemäß einer zweiten Variante ist dabei die konkave Kugelkalotte am Gehäuse vorgesehen, während dem entsprechend die konvexe Kugelkalotte am rotierbaren Teil vorgesehen ist. Bei beiden Varianten kann das hydrostatische Gleitlager in seinem mittleren Bereich axiale Kräfte und in einem äußeren Bereich insbesondere auch radiale Kräfte aufnehmen. Der mittlere Bereich geht stetig in den äußeren Bereich über.
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Bei einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gleitlagers sind die beiden Anlagebereiche Abschnitte von Kegelmänteln. Gemäß einer ersten Variante ist dabei der konkave Kegelmantel am rotierbaren Teil vorgesehen, während dem entsprechend der konvexe Kegelmantel am Gehäuse vorgesehen ist. Gemäß einer zweiten Variante ist dabei der konkave Kegelmantel am Gehäuse vorgesehen, während dem entsprechend der konvexe Kegelmantel am rotierbaren Teil vorgesehen ist. Bei beiden Varianten kann das hydrostatische Gleitlager in einem Bereich axiale Kräfte und radiale Kräfte aufnehmen.
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Bei einer anderen besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gleitlagers sind die beiden Anlagebereiche die Mantelfläche und die kleinere Stirnfläche von Kegelstümpfen. Gemäß einer ersten Variante ist dabei der konkave Kegelstumpf am rotierbaren Teil vorgesehen, während dem entsprechend der konvexe Kegelstumpf am Gehäuse vorgesehen ist. Gemäß einer zweiten Variante ist dabei der konkave Kegelstumpf am Gehäuse vorgesehen, während dem entsprechend der konvexe Kegelstumpf am rotierbaren Teil vorgesehen ist. Bei beiden Varianten kann das hydrostatische Gleitlager in seinem mittleren flächigen Bereich axiale Kräfte und in einem äußeren Bereich insbesondere auch radiale Kräfte aufnehmen. Der mittlere Bereich ist getrennt vom äußeren Bereich.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Förder- beziehungsweise Schluckvolumen ist das zweite rotierbare Teil indirekt über eine zwischen dem zweiten rotierbaren Teil und dem Gehäuse angeordnete Verstelllinse am Gehäuse abgestützt. Über die Verstelllinse kann das zweite rotierbare Teil und die Zylinderhülsen verschwenkt werden, so dass sich der Hub der Kolben verändert.
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Bei einer ersten Variante der Kommutierung sind die Kolben und ihre Endschnitte hohl, wobei darüber und über eine jeweilige Durchgangsausnehmung des zweiten rotierbaren Teils Druckmittel in die jeweilige Zylinderhülse zugeführt und von den Zylinderhülsen abgeführt wird.
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Bei der verstellbaren Axialkolbenmaschine mit der Verstelllinse strömt dabei das Druckmittel auch durch die Verstelllinse.
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Bei einer zweiten Variante der Kommutierung sind die Kugelabschnitte hohl, wobei über den jeweiligen Kugelabschnitt und über eine jeweilige Durchgangsausnehmung des ersten rotierbaren Teils Druckmittel in die jeweilige Zylinderhülse zugeführt und von den Zylinderhülsen abgeführt wird. Damit kann eine verstellbare Axialkolbenmaschine realisiert werden, bei der der Dichtungsaufwand für die Verstelllinse entfällt.
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Im Folgenden werden anhand von Zeichnungen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben.
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Es zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht,
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht und
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6 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht. Sie hat ein Triebwerk 1, das eine Mehrzahl von einzelnen Zylinderhülsen aufweist, von denen in 1 nur zwei Zylinderhülsen 18 dargestellt sind. Jede Zylinderhülse 18 ist schwenkbar an einer ersten rotierbaren Scheibe 4 angelenkt. Dazu ist im Innern jeder Zylinderhülse 18 ein Kugelabschnitt 9 eingesetzt, wobei eine (nicht gezeigte) Dichtung zwischen dem Kugelabschnitt 9 und der Zylinderhülse 18 vorgesehen ist. Weiterhin hat das Triebwerk 1 mehrere Kolben 14, deren Anzahl derjenigen der Zylinderhülsen 18 entspricht. Jeder Kolben 14 hat einen als Kugelabschnitt ausgebildeten Endabschnitt 16, der verschiebbar in der jeweiligen Zylinderhülse 18 aufgenommen ist. Dabei hat jeder Endabschnitt 16 eine (nicht gezeigte) Dichtung. Die Kolben 14 sind am Umfang einer zweiten rotierbaren Scheibe 10 angeordnet. Dabei ist eine Drehachse 6 der zweiten rotierbaren Scheibe 10 mit den Kolben 14 abgewinkelt zu einer Drehachse 8 der ersten rotierbaren Scheibe 4 mit den Kugelabschnitten 9. Mit den Kolben 14 sind auch die Zylinderhülsen 18 schräg zur ersten rotierbaren Scheibe 4 angestellt, wodurch sich eine prinzipielle Verwandtschaft zu Axialkolbenmaschinen in Schrägachsbauweise ergibt.
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Im Betrieb der Axialkolbenmaschine laufen die Zylinderhülsen 18 mit den Kolben 14 um, wobei durch den Winkel zwischen den beiden Drehachsen 6, 8 ein Hub der Kolben 14 relativ zu den Zylinderhülsen 18 erzeugt wird. Dabei müssen die Zylinderhülsen 18 um vergleichsweise große Winkel um die Kugelabschnitte 9 schwenken, während sie um vergleichsweise kleine Winkel um die Endabschnitte 16 der Kolben 14 schwenken müssen.
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Erfindungsgemäß stützen sich die erste Scheibe 4 und die zweite Scheibe 10 jeweils über ein hoch entlastetes hydrostatisches Gleitlager an einem Gehäuse 12 der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ab. Dazu hat die erste Scheibe 4 und die zweite Scheibe 10 jeweils eine konvex gekrümmte Kugelkalotte 26, die jeweils an einer entsprechend geformten konkav gekrümmten Kugelkalotte 28 des Gehäuses 12 anliegt. Dabei sind die beiden Kugelkalotten 26, 28 die gemeinsam das hydrostatische Gleitlager für die erste Scheibe 4 bilden, rotationssymmetrisch zur Drehachse 8 der ersten Scheibe 4 angeordnet, während die beiden Kugelkalotten 26, 28, die gemeinsam das hydrostatische Gleitlager für die zweite Scheibe 10 bilden, rotationssymmetrisch zur Drehachse 6 angeordnet sind. Somit kann jedes hydrostatische Gleitlager 26, 28 radiale und axiale Kräfte aufnehmen.
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Die erste rotierbare Scheibe 4 ist an einer Triebwelle 24 der Axialkolbenmaschine befestigt. Die Triebwelle 8 ist über ein Wälzlager im Gehäuse 12 gelagert. Um eine axiale Überbestimmung der Lagerung der ersten Scheibe 4 und der Triebwelle 24 zu verhindern, ist entweder das Wälzlager 30 als Loslager ausgebildet oder es ist eine axiale Verschiebbarkeit zwischen der Triebwelle 24 und der ersten Scheibe 4 gegeben.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Ansicht. Es entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Diese sind daran zu sehen, dass die beiden erfindungsgemäßen Gleitlager die Form von Kegelstümpfen haben. Eine erste rotierbare Scheibe 104 und eine zweite rotierbare Scheibe 110 haben jeweils einen Anlagebereich, der die Form eines „positiven” Kegelstumpfes 26. Dem entsprechend hat ein Gehäuse 112 jeweils zugeordnete Anlagebereiche, die die Form eines „negativen” Kegelstumpfes 128 haben. Damit ist für die Scheiben 104, 110 jeweils ein Gleitlager geschaffen, das in einem mittleren Bereich axiale Kräfte und in einem davon abgetrennten äußeren Bereich insbesondere die radialen Kräfte abstützt.
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3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Es entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert. An einer ersten rotierbaren Scheibe 204 und an einer zweiten rotierbaren Scheibe 210 ist jeweils eine konkave Kugelkalotte 28 angeordnet, während dem gegenüber an einem Gehäuse 212 jeweils eine konvexe Kugelkalotte 26 vorgesehen ist. Damit ist gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eine Umkehrung der Krümmungen der beiden Gleitlager 26, 28 gegeben.
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4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Es entspricht weitgehend dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede zum zweiten Ausführungsbeispiel erläutert. An einer ersten rotierbaren Scheibe 304 und an einer zweiten rotierbaren Scheibe 310 sind zur Lagerung negativen Kegelstümpfe 128 ausgebildet, während an einem Gehäuse 312 die jeweils dazu passenden positiven Kegelstümpfe 126 ausgebildet sind.
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5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Dabei ist zwischen der ersten rotierbaren Scheibe 204 und einem Gehäuse 412 ein mit zwei Kugelkalotten 26, 28 gebildetes hydrostatisches Gleitlager vorgesehen, während zwischen der zweiten rotierbaren Scheibe 310 und dem Gehäuse 412 ein mit zwei Kegelstümpfen 126, 128 gebildetes hydrostatisches Gleitlager vorgesehen ist. Dabei ist das Gleitlager für die erste Scheibe 204 derart ausgebildet, dass am Gehäuse 412 die konvexe Kugelkalotte angeordnet ist, während an der ersten Scheibe 204 die konkave Kugelkalotte 28 angeordnet ist. Das Gleitlager für die zweite rotierbare Scheibe 310 ist derart ausgebildet, dass am Gehäuse 412 der positive Kegelstumpf und an der zweiten Scheibe 310 der negative Kegelstumpf angeordnet sind.
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6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Dabei ist zwischen der ersten rotierbaren Scheibe 304 und einem Gehäuse 512 ein mit zwei Kegelstümpfen 126, 128 gebildetes hydrostatisches Gleitlager vorgesehen, während zwischen der zweiten rotierbaren Scheibe 210 und dem Gehäuse 512 ein mit zwei Kugelkalotten 26, 28 aus gebildetes hydrostatisches Gleitlager vorgesehen ist. Dabei ist das Gleitlager für die erste Scheibe 304 derart ausgebildet, dass am Gehäuse 512 der positive Kegelstumpf 126 angeordnet ist, während an der ersten Scheibe 304 der negative Kegelstumpf 128 angeordnet ist. Das Gleitlager für die zweite rotierbare Scheibe 210 ist derart ausgewählt, dass am Gehäuse 512 die konvexe Kugelkalotte 26 und an der zweiten Scheibe 310 die konkave Kugelkalotte 28 angeordnet sind.
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Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit mehreren einzelnen Zylinderhülsen, die an ein erstes und an ein zweites rotierbares Teil gekoppelt sind, so dass die beiden rotierbaren Teile und die Zylinderhülsen im Betrieb der Maschine mit deren Triebwelle drehen. Zur Erzeugung eines Hubes ist das zweite rotierbare Teil schräg zum ersten rotierbaren Teil mit verschiedenen Winkeln anstellbar (verstellbare Maschine) oder mit einem festen Winkel angestellt (Konstantmaschine). Das erste rotierbare Teil oder das zweite rotierbare Teil ist über ein jeweiliges hydrostatisches Gleitlager an einem Gehäuse abgestützt, das einen rotationssymmetrischen konkaven oder kegeligen Anlagebereich und einen dem entsprechend geformten rotationssymmetrischen konvexen oder kegeligen Anlagebereich aufweist. Damit kann das hydrostatische Gleitlager axiale Kräfte und radiale Kräfte aufnehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2007011441 A1 [0004, 0004]
