DE102012215392A1

DE102012215392A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102012215392A1
Application number: DE201210215392
Authority: DE
Inventors: Benjamin Schweizer; Timo Nafz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-05-28

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse gelagerten Zylindertrommel, in der längsverschieblich Arbeitskolben in Zylinderbohrungen angeordnet sind, wobei aus den Zylinderbohrungen herausragenden Enden der Arbeitskolben sich über Gleitschuhe an einer Lauffläche einer um eine zur Drehachse der Zylindertrommel sich rechtwinklig erstreckenden Schwenkachse schwenkbaren Schrägscheibe abstützen. Mit einem in einem Stellzylinder verschiebbar angeordneten Stellkolben, der von einer Stellkraft mit seinem einen Ende gegen die Lauffläche der Schrägscheibe zur Einstellung eines Neigungswinkels der Lauffläche in Bezug auf die Drehachse der Zylindertrommel beaufschlagt ist. Das der Lauffläche der Schrägscheibe zugewandte Ende des Stellkolbens und/oder der von dem Stellkolben beaufschlagte Stellkolben-Anlagebereich der Lauffläche der Schrägscheibe sind sphärischartig gewölbt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse gelagerten Zylindertrommel, in der in Zylinderbohrungen längsverschieblich Arbeitskolben angeordnet sind, die an einer Lauffläche einer um eine zur Drehachse der Zylindertrommel sich rechtwinklig erstreckenden Schwenkachse schwenkbaren Schrägscheibe abgestützt sind, und mit einem verschiebbar angeordneten Stellkolben, der zur Einstellung eines Neigungswinkels der Lauffläche in Bezug auf die Drehachse der Zylindertrommel unter der Wirkung einer Druckkraft mit seinem einen Ende gegen die Schrägscheibe gedrückt ist.
Bei einer bekannten derartigen Axialkolbenmaschine ist in die Schwenkwiege ein Kugelkopf eingepasst, der auf seiner Kugel einen Gleitschuh trägt, an dem der Stellkolben mit seiner der Schrägscheibe zugewandten Stirnseite in Anlage ist. Diese Ausbildung ist aufwendig und damit auch teuer.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das der Lauffläche der Schrägscheibe zugewandte Ende des Stellkolbens und/oder der von dem Stellkolben beaufschlagte Stellkolben-Anlagebereich der Lauffläche der Schrägscheibe sphärischartig gewölbt sind.
Eine derartige sphärischartige Wölbung ist einfach im Aufbau und daher auch kostengünstig herzustellen. Gleichzeitig sorgt sie für eine der jeweiligen Schwenklage der Schrägscheibe gut angepasste Beaufschlagung der Schrägscheibe durch den Stellkolben.
Zur Stabilisierung der Schrägscheibe in ihrer eingestellten Schwenkposition kann in Bezug auf die Drehachse der Zylindertrommel dem Stellkolben diametral gegenüberliegend und annähernd parallel oder in Flucht zum Stellkolben ein in einem Gegenzylinder oder an einer Stange axial verschiebbarer Gegenkolben angeordnet sein, der von einer Stellkraft mit seinem einen Ende gegen die Schrägscheibe beaufschlagt ist, wobei das der Schrägscheibe zugewandte Ende des Gegenkolbens und/oder der von dem Gegenkolben beaufschlagte Anlagebereich der Schrägscheibe sphärischartig gewölbt sind. Prinzipiell betrachtet ist auch der Gegenkolben ein Stellkolben. Im Allgemeinen wird jedoch nur der Kolben als Stellkolben bezeichnet, der an eine Stellkammer grenzt, in die und aus der ein Druckmittelfluss gezielt mit Hilfe eines Regelventils gesteuert wird. Der Stellkolben wird also über das Regelventil betätigt. Demgegenüber wird ein zweiter Stellkolben, der immer mit Pumpendruck beaufschlagt ist, meist als Gegenkolben bezeichnet. Seine Wirkfläche ist im Allgemeinen kleiner als die Wirkfläche des ersten Stellkolbens.
Die sphärischartige Wölbung ist einfach im Aufbau und kostengünstig herzustellen und sorgt gleichzeitig für eine der jeweiligen Schwenklage der Schrägscheibe gut angepasste Beaufschlagung der Schrägscheibe durch den Stellkolben.
Die sphärische Wölbung kann kugelartig sein aber auch jede andere geeignete von der Kugelform abweichende sphärische Wölbung sein.
Eine besonders einfache, keine zusätzlichen Bauteile aufweisende Ausbildung besteht darin, dass das Ende des Stellkolbens und/oder des Gegenkolbens einteilig mit dem Stellkolben und/oder Gegenkolben sphärischartig gewölbt ausgebildet ist und an einem ebenen Anlagebereich der Schrägscheibe anliegt.
Es ist aber auch möglich, dass in eine Aufnahme an dem der Schrägscheibe zugewandten Ende des Stellkolbens und/oder Gegenkolbens eine von der Stirnseite des Stellkolbens und/oder Gegenkolbens hervorstehende Kugel eingesetzt ist, die an der Schrägscheibe anliegt.
In kinematischer Umkehr dazu kann aber auch im Stellkolben-Anlagebereich und/oder im Gegenkolben-Anlagebereich der Schrägscheibe eine von der Lauffläche hervorstehende Kugel eingesetzt sein, die an der ebenen Stirnfläche des Stellkolbens und/oder Gegenkolbens in Anlage ist.
Um den Stellkolben und/oder Gegenkolben in seiner Sollanlageposition an der Kugel zu halten, kann in einfacher Weise die Kugel in eine vertieft ausgebildete Abstützaufnahme hineinragen, die an dem Bauteil ausgebildet ist, in das nicht die Kugel eingesetzt ist. Auch wenn das Ende des Stellkolbens und/oder des Gegenkolbens einteilig mit dem Stellkolben und/oder Gegenkolben sphärischartig gewölbt ausgebildet ist, kann das Ende in eine vertieft ausgebildete Abstützaufnahme der Schrägscheibe hineinragen.
Eine zentrierende Wirkung wird dabei erreicht, wenn die Abstützaufnahme kalottenartig oder kegelartig ausgebildet ist.
Ein Verklemmen des Stellkolbens und/oder der Gegenkolbens im Stellzylinder oder Gegenzylinder wird dabei vermieden, wenn der Stellkolben und/oder der Gegenkolben eine im Längsschnitt ballige Außenkontur aufweisen und mit ihrer Außenkontur mit Linienberührung an der Wand des Stellzylinders und/oder des Gegenzylinders in Anlage sind.
Zur Minimierung der Reibung zwischen der Lauffläche der Schrägscheibe und dem Stellkolben oder dem Gegenkolben kann die Lauffläche der Schrägscheibe eine oberflächenfeinstbeabeitete, insbesondere geläppte Anlageebene sein.
Zur Erzeugung der Stellkraft, mit der der Stellkolben an der Schrägscheibe in Anlage ist, kann der Stellkolben von einem Hydraulikdruck gegen die Lauffläche der Schrägscheibe beaufschlagt sein.
In ähnlicher Weise kann zur Erzeugung der Stellkraft, mit der der Gegenkolben an der Schrägscheibe in Anlage ist, der Gegenkolben von einer Feder und/oder einem Hydraulikdruck gegen die Lauffläche der Schrägscheibe beaufschlagt sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1 einen Längsschnitt einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine,
2 ein Ende eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Stellkolbens einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine,
3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Stellkolbens und ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gegenkolbens einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine.
Die in 1 dargestellte hydrostatische Axialkolbenmaschine ist eine Axialkolbenpumpe und weist ein Triebwerk 1 auf, das in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Zum Einsetzen des Triebwerks 1 in das Gehäuse 2 ist das Gehäuse 2 an einem Ende offen. Das offene Ende wird nach der Montage des Triebwerks 1 in dem Gehäuse 2 durch einen Deckel 3 verschlossen. An dem Deckel 3 sind nicht dargestellte Leitungsanschlüsse angeordnet.
Das Triebwerk weist eine Triebwelle 4 und eine damit drehfest verbundene Zylindertrommel 5 auf. Die Zylindertrommel 5 ist mit der Triebwelle 4 gemeinsam drehbar in dem Gehäuse 2 angeordnet.
Dazu ist die Triebwelle 4 an einem Ende des Gehäuses 2 in einem ersten Lager 6 drehbar gelagert. An dem entgegengesetzten Ende der Triebwelle 4 ist ein zweites Lager 7 vorgesehen, welches in dem Deckel 3 angeordnet ist. Die Triebwelle 4 durchdringt mit einem Ende 8 das erste Lager 6 sowie die Stirnseite des Gehäuses 2.
In der Zylindertrommel 5 sind auf einem Umfangskreis gleichmäßig verteilt mehrere Zylinderbohrungen 9 ausgebildet. In jeder Zylinderbohrung 9 ist ein Arbeitskolben 10 axial verschiebbar angeordnet. Der Arbeitskolben 10 ist an seinem aus der Zylinderbohrung 9 herausragenden Ende mit einem Gleitschuh 11 über eine Kugelgelenkverbindung 12 beweglich verbunden. Die Gleitschuhe 11 der Arbeitskolben 10 stützen sich mit einer Gleitfläche an einer ebenen, geläppten Lauffläche 13 einer Schrägscheibe 14 ab. Die Schrägscheibe ist als Schwenkwiege ausgebildet, die in einem sphärischen Lager drehbar angeordnet ist. Bei einer Drehung der Triebwelle 4 dreht sich aufgrund der drehfesten Verbindung auch die Zylindertrommel 5. Die Gleitschuhe 11 stützen sich dabei auf der Lauffläche 13 der Schrägscheibe 14 ab und zwingen die Arbeitskolben 10 in eine Hubbewegung. Um während eines Saughubes zu verhindern, dass die Gleitschuhe 11 von der Lauffläche 13 der Schrägscheibe 14 abheben, ist eine Rückzugplatte 15 vorgesehen. Die Rückzugplatte 15 folgt dem Neigungswinkel der Schrägscheibe 14 und ist in einem sphärischen Lager 16 gelagert.
Zur zeitweiligen Verbindung der Zylinderbohrungen 9 mit den Leitungen eines hydrostatischen Kreises ist eine Steuerplatte 17 vorhanden. In der Steuerplatte 17 sind Steueröffnungen 18, 19 ausgebildet, mit denen die Zylinderbohrungen 9 während eines Umlaufs der Zylindertrommel 5 wechselweise kommunizieren. Um die Zylindertrommel 5 an der Mündungsseite der Zylinderbohrungen 9 an der Steuerplatte 17 in dichtender Anlage zu halten, ist im Inneren der Zylindertrommel 5 eine Druckfeder 20 vorgesehen. Die Druckfeder 20 stützt sich einerseits an der Zylindertrommel 5 ab, in der ein Sicherungsring als erstes Federlager dient. Ein zweites Federlager ist an der gegenüberliegenden Seite der Druckfeder 20 an der Triebwelle 4 ausgebildet.
Zum Einstellen des Hubvolumens der Axialkolbenpumpe ist eine Verstellvorrichtung 21 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 21 weist einen gehäusefest angeordneten Stellzylinder 22 auf, in dem ein Stellkolben 23 parallel zur Drehachse der Triebwelle 4 axial verschiebbar angeordnet ist. Das der Schrägscheibe 14 zugewandte Ende 40 des Stellkolbens 23 ist kugelartig gewölbt ausgebildet und an der Lauffläche 13 der Schrägscheibe 14 in Anlage. Der Stellzylinder 22 ist von einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass Stellkolben 23 eine Stellkraft auf die Schrägscheibe 14 ausübt um deren Neigung gegenüber der Drehachse 26 der Triebwelle 4 einzustellen.
Die Verstelleinrichtung 21 weist weiterhin einen gehäusefest angeordneten Gegenzylinder 24 auf, in dem ein Gegenkolben 25 parallel zur Drehachse 26 der Triebwelle 4 axial verschiebbar angeordnet ist. Das der Schrägscheibe 14 zugewandte Ende 41 des Gegenkolbens 25 ist ebenfalls kugelartig gewölbt ausgebildet und an der Lauffläche 13 der Schrägscheibe 14 in Anlage.
Stellzylinder 22 und Gegenzylinder 24 sind in Bezug auf die Drehachse 26 diametral einander gegenüberliegend angeordnet.
Der gegenüber dem Stellkolben 23 einen geringeren Querschnitt aufweisende Gegenkolben 25 ist ebenfalls von einem Hydraulikdruck beaufschlagt, so dass Gegenkolben 25 gegen die Schrägscheibe 14 beaufschlagt ist. Darüber hinaus ist der Gegenkolben 25 auch noch von einer vorgespannten Druckfeder 27 gegen die Schrägscheibe 14 beaufschlagt, die den Gegenzylinder und den Gegenkolben mit Abstand umschließt.
In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Stellkolbens 23’ dargestellt. Die der Schrägscheibe 14 zugewandte Stirnseite 28 des Stellkolbens 23’ ist mit einer halbkugelförmigen Aufnahme 29 versehen, in die eine Kugel 30 fest eingesetzt ist. Etwa zur Hälfte ragt die Kugel 30 von der Stirnseite 28 des Stellkolbens 23’ hervor um entsprechend 1 an einer Lauffläche einer nicht dargestellten Schrägscheibe anzuliegen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines in einem Stellzylinder 22’ angeordneten Stellkolbens 23’’ und eines in einem Gegenzylinder 24’ angeordneten Gegenkolbens 25’.
Sowohl der Stellkolben 23’’ als auch der Gegenkolben 25’ weisen eine in der Seitenansicht ballige Außenkontur 31 und 32 auf, so dass sie mit Linienberührung an der Wand des Stellzylinders 22’ bzw. des Gegenzylinders 24’ in Anlage sind.
An ihren der Schrägscheibe 14 zugewandten Stirnseiten 28’ und 33 weisen der Stellkolben 23’’ und der Gegenkolben 25’ eine kegelartige Abstützaufnahme 34 und 35 auf, an deren Kegelwand eine Kugel 36 und 37 abgestützt ist.
Die Kugeln 36 und 37 sind in etwa halbkugelartigen Aufnahmen 37 und 38 in der Schrägscheibe 14 derart fest eingesetzt, dass sie etwa zur Hälfte von der Lauffläche 13 der Schrägscheibe hervor- und in die Abstützaufnahmen hineinragen.

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer um eine Drehachse drehbar in einem Gehäuse (2) gelagerten Zylindertrommel (5), in der in Zylinderbohrungen (9) längsverschieblich Arbeitskolben (10) angeordnet sind, die an einer Lauffläche einer um eine zur Drehachse der Zylindertrommel sich rechtwinklig erstreckenden Schwenkachse schwenkbaren Schrägscheibe abgestützt sind, und mit einem verschiebbar angeordneten Stellkolben (23, 23‘, 23‘‘), der zur Einstellung eines Neigungswinkels der Lauffläche in Bezug auf die Drehachse der Zylindertrommel (5) unter der Wirkung einer Druckkraft mit seinem einen Ende gegen die Schrägscheibe gedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das der Schrägscheibe (14) zugewandte Ende (40) des Stellkolbens (23, 23’) und/oder der von dem Stellkolben (23’’) beaufschlagte Anlagebereich der Schrägscheibe (14) sphärischartig gewölbt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf die Drehachse (26) der Zylindertrommel (5) dem Stellkolben (23, 23’’) diametral gegenüberliegend und annähernd parallel zum Stellkolben (23, 23’’) ein axial verschiebbarer Gegenkolben (25, 25’) angeordnet ist, der von einer Stellkraft mit seinem einen Ende (41) gegen die Schrägscheibe (14) beaufschlagt ist, wobei das der Schrägscheibe (14) zugewandte Ende (41) des Gegenkolbens (25) und/oder der von dem Gegenkolben (25’) beaufschlagte Anlagebereich der Schrägscheibe (14) sphärischartig gewölbt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende des Stellkolbens (23) und/oder des Gegenkolbens (25) einteilig mit dem Stellkolben (23) und/oder Gegenkolben (25) sphärischartig gewölbt ausgebildet ist und an einem ebenen Anlagebereich der Schrägscheibe (14) in Anlage ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Aufnahme (29) an dem der Schrägscheibe (14) zugewandten Ende des Stellkolbens (23‘) und/oder Gegenkolbens eine von der Stirnseite des Stellkolbens (23‘) und/oder Gegenkolbens hervorstehende Kugel (30) eingesetzt ist, die an der einer Anlagefläche (13) der Schrägscheibe (14) in Anlage ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Anlagebereich des Stellkolbens und/oder im Anlagebereich des Gegenkolbens an der Schrägscheibe (14) in diese eine hervorstehende Kugel (36, 37) eingesetzt ist, die an einer Anlagefläche (33) des Stellkolbens (23’’) und/oder Gegenkolbens (25’) in Anlage ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (13, 33) der Schrägscheibe oder des Stellkolbens (23’’) und/oder des Gegenkolbens (25’) eben ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugel (36, 37) in eine an der ihr zugewandten Anlagefläche (13, 33) der Schrägscheibe oder des Stellkolbens (23’’) und/oder des Gegenkolbens (25’) vertieft ausgebildete Abstützaufnahme (34, 35) hineinragt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützaufnahme (34, 35) kalottenartig oder kegelartig ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (23’’) von einem Stellzylinder (22‘) und/oder der Gegenkolben (25’) von einem Gegenzylinder (23‘) aufgenommen sind, eine im Längsschnitt ballige Außenkontur (31, 32) aufweisen und mit ihrer Außenkontur (31, 32) mit Linienberührung an der Wand des Stellzylinders (22’) und/oder des Gegenzylinders (23’) in Anlage sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche (13) der Schrägscheibe (14) eine oberflächenfeinstbeabeitete Anlageebene ist.