-
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit Kolben und einer Schwenkwiege, die mit Stelleinrichtungen gekoppelt ist, und mit einer Rückzugeinrichtung, die zusammen mit einer Niederhalteeinrichtung ein unerwünschtes Abheben der Kolben von der Schwenkwiege verhindert.
-
Stand der Technik
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 052 067 A1 ist eine Kolbenmaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten und mit einer Verteilerplatte bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 im Hinblick auf die Herstellkosten zu optimieren.
-
Die Aufgabe ist bei einer Axialkolbenmaschine mit Kolben und einer Schwenkwiege, die mit Stelleinrichtungen gekoppelt ist, und mit einer Rückzugeinrichtung, die zusammen mit einer Niederhalteeinrichtung ein unerwünschtes Abheben der Kolben von der Schwenkwiege verhindert, dadurch gelöst, dass die Stelleinrichtungen über die Niederhalteeinrichtung so mit der Schwenkwiege gekoppelt sind, dass die Niederhalteeinrichtung durch die Stelleinrichtungen gegen die Schwenkwiege vorgespannt wird. Herkömmliche Niederhalteeinrichtungen werden zum Beispiel mit Hilfe von Befestigungsmitteln, wie Schrauben, an der Schwenkwiege befestigt. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Niederhalteeinrichtung können derartige Befestigungsmittel entfallen. Durch die Kombination der Stelleinrichtungen mit der Niederhalteeinrichtung können die Herstellung und Montage der Axialkolbenmaschine erheblich vereinfacht werden. Die Niederhalteeinrichtung wird durch die Stelleinrichtungen so gegen die Schwenkwiege gedrückt, dass die Niederhalteeinrichtung durch die Stelleinrichtungen in Anlage an der Schwenkwiege gehalten wird. Die Niederhalteeinrichtung wiederum hält die Rückzugeinrichtung in einer definierten Position relativ zu der Schwenkwiege. Die Rückzugeinrichtung wiederum verhindert das Abheben der Kolben von der Schwenkwiege.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung durch Druckbeaufschlagung der Stelleinrichtungen und/oder Federkraftbeaufschlagung gegen die Schwenkwiege vorgespannt ist. Die Stelleinrichtungen umfassen zum Beispiel Stellkolben, insbesondere einen Stellkolben und einen Gegenkolben, die im Betrieb der Axialkolbenmaschine mit Druck beaufschlagt werden. Durch die Druckbeaufschlagung werden die Kolben gegen die Schwenkwiege vorgespannt. Alternativ oder zusätzlich können die Kolben durch Federeinrichtungen gegen die Schwenkwiege vorgespannt werden. Durch die Zwischenschaltung der Niederhalteeinrichtung zwischen die Stelleinrichtungen und die Schwenkwiege kann die Druckbeaufschlagung der Stelleinrichtungen und/oder Federkraftbeaufschlagung ausgenutzt werden, um die Niederhalteeinrichtung in Anlage an der Schwenkwiege zu halten.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung drehfest mit der Schwenkwiege verbunden ist. Dadurch wird ein unerwünschtes Verdrehen der Niederhalteeinrichtung relativ zu der Schwenkwiege verhindert. Die drehfeste Verbindung kann zum Beispiel durch Anlageflächen und/oder Zentrierstifte dargestellt werden.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhalteeinrichtung einen Niederhalterahmen mit einem Rahmengrundkörper umfasst, der radial außerhalb der Rückzugeinrichtung angeordnet und zwischen den Stelleinrichtungen und der Schwenkwiege eingespannt ist. Über den Rahmengrundkörper wird die Druckbeaufschlagung der Stelleinrichtungen und/oder Federkraftbeaufschlagung auf die Schwenkwiege übertragen. Dabei werden vorteilhaft keine Befestigungsmittel benötigt. Der Begriff radial bezieht sich auf eine Drehachse der Axialkolbenmaschine. Radial bedeutet quer zur Drehachse. Analog bedeutet axial in Richtung oder parallel zur Drehachse.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalterahmen eine Schulter aufweist, die von dem Rahmengrundkörper radial nach innen absteht und eine axiale Anlauffläche für die Rückzugeinrichtung aufweist. Die Rückzugeinrichtung dreht sich im Betrieb der Axialkolbenmaschine zusammen mit einem Zylinder, in dem die Kolben der Axialkolbenmaschine geführt sind. Die Niederhalteeinrichtung steht relativ zu der Rückzugeinrichtung fest. Um Reibung im Betrieb der Axialkolbenmaschine zwischen der Niederhalteeinrichtung und der Rückzugeinrichtung zu reduzieren, kann die axiale Anlauffläche für die Rückzugeinrichtung vorteilhaft mit einer Gleitbeschichtung versehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Rückzugeinrichtung mit einer Gleitbeschichtung versehen sein.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalterahmen in dem Rahmengrundkörper Ausnehmungen zur Kopplung mit den Stelleinrichtungen aufweist. Die Ausnehmungen sind vorteilhaft in einer der Schwenkwiege abgewandten Stirnfläche des Rahmengrundkörpers vorgesehen. Die Gestalt der Ausnehmungen ist vorteilhaft an die Gestalt von Kolbenschaftenden der Stelleinrichtungen angepasst. Die Kolbenschaftenden der Stelleinrichtungen haben zum Beispiel die Gestalt eines Kugelabschnitts. Demzufolge sind die Ausnehmungen in dem Rahmengrundkörper vorteilhaft als kugelabschnittsförmige Vertiefungen ausgeführt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalterahmen an dem Rahmengrundkörper eine axiale Anlagefläche für die Schwenkwiege aufweist. Durch die axiale Anlagefläche wird auf einfache Art und Weise ein definierter Anlagekontakt zwischen dem Rahmengrundkörper und der Schwenkwiege sichergestellt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass von der axialen Anlagefläche des Rahmengrundkörpers für die Schwenkwiege Stege abstehen, welche die Schwenkwiege umgreifen. Die Stege dienen vorteilhaft zur Zentrierung der Niederhalteeinrichtung relativ zu der Schwenkwiege. Alternativ oder zusätzlich können die Stege vorteilhaft zur drehfesten Verbindung zwischen der Niederhalteeinrichtung und der Schwenkwiege verwendet werden. Zu diesem Zweck können die Stege an Anlageflächen anliegen, die außen an der Schwenkwiege vorgesehen sind.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rückzugeinrichtung als Rückzugplatte ausgeführt ist. Die Rückzugplatte hat zum Beispiel im Wesentlichen die Gestalt einer Kreisscheibe mit Ausnehmungen beziehungsweise Aussparungen für die Kolben beziehungsweise Kolbenschuhe oder Gleitschuhe, die den Kolben zugeordnet sein können. Aufgrund ihrer kreisscheibenförmigen Gestalt kann die Rückzugplatte auch als Rückzugscheibe bezeichnet werden.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Niederhalteeinrichtung, insbesondere einen Niederhalterahmen, eine Schwenkwiege und/oder eine Rückzugeinrichtung, insbesondere eine Rückzugplatte, für eine vorab beschriebene Axialkolbenmaschine. Die genannten Teile sind separat handelbar.
-
Die auch als Hydrostat bezeichnete Axialkolbenmaschine ist vorteilhaft in einem mobilen Hydraulikantrieb angeordnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Es zeigen:
-
1 einen Hydrostaten in Axialkolbenbauart mit einer Verteilerplatte und einer Anschlussplatte im Längsschnitt;
-
2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit einer erfindungsgemäßen Niederhalteeinrichtung;
-
3 eine Schwenkwiege mit einem Niederhalterahmen in der Draufsicht und
-
4 die Ansicht eines Schnitts entlang der Linie IV-IV in 3.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In 1 ist ein Hydrostat 1 in Axialkolbenbauart im Längsschnitt dargestellt. Der Hydrostat 1 kann auch als Axialkolbenmaschine bezeichnet werden. Die Axialkolbenmaschine 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Zylinder 3 und einer Antriebswelle 4.
-
Die Axialkolbenmaschine 1 kann in einem offenen Kreislauf oder in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Beim offenen Kreislauf fließt ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, das auch als Druckflüssigkeit bezeichnet wird, von einem Tank zur Axialkolbenmaschine 1 und wird von dort über eine Ventileinrichtung zu einem Verbraucher gefördert. Vom Verbraucher fließt das Hydraulikmedium über die Ventileinrichtung zum Tank zurück. In einem geschlossenen Kreislauf fließt das Hydraulikmedium von der Axialkolbenmaschine zum Verbraucher und von dort direkt zurück zur Axialkolbenmaschine 1. Dabei gibt es eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, die je nach Belastung wechselt.
-
Wenn die Axialkolbenmaschine über die Antriebswelle 4 mechanisch angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenpumpe. Wenn die Axialkolbenmaschine hydraulisch über den Zylinder 3 angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenmotor. Die Axialkolbenmaschine 1 kann nur als Motor oder nur als Pumpe betrieben werden. Die Axialkolbenmaschine 1 kann prinzipiell aber auch im Wechsel sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden.
-
Der Hydrostat 1 umfasst mehrere Kolben 5, die axial zu der Antriebswelle 4 angeordnet sind. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu einer Drehachse der Antriebswelle 4. Durch eine Schwenkwiege 8, die auch als Schrägscheibe bezeichnet wird, kann ein von der Axialkolbenmaschine geförderter Volumenstrom stufenlos verstellt werden. Daher wird der Hydrostat 1 mit der Schwenkwiege 8 auch als Verstellpumpe bezeichnet.
-
Im Pumpenbetrieb wird die Antriebswelle 4 durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmotor mit Drehmoment und Drehzahl angetrieben. Über die Antriebwelle 4, die auch als Triebwelle bezeichnet wird, wird der Zylinder 3, zum Beispiel über eine Verzahnung, mitgenommen und in Drehung versetzt. Bei jeder Umdrehung führen die Kolben 5 in Zylinderbohrungen des Zylinders 3 einen Hub aus, dessen Größe von der Schrägstellung der Schwenkwiege 8 abhängig ist.
-
Zwischen der Schwenkwiege 8 und den Kolben 5 sind Kolbenschuhe oder Gleitschuhe 10 angeordnet. Die Gleitschuhe oder Kolbenschuhe 10 werden mit den Kolben 5 durch eine Rückzugplatte 12 auf einer Gleitfläche der Schwenkwiege 8 gehalten und geführt.
-
Durch die Schrägstellung der Schwenkwiege 8 bewegt sich jeder Kolben 5 während einer Umdrehung über einen unteren und einen oberen Totpunkt zurück in seine Ausgangslage. Dabei wird durch Steuerschlitze in einer Steuerplatte oder Verteilerplatte 13 eine dem Hubvolumen entsprechende Druckflüssigkeit zu- und abgeführt.
-
Auf einer Saugseite strömt Druckflüssigkeit in einen sich vergrößernden Kolbenraum. Gleichzeitig wird auf einer Hochdruckseite die Druckflüssigkeit durch die Kolben 5 aus dem Zylinderraum in ein angeschlossenes Hydrauliksystem gedrückt.
-
Der Schwenkwinkel der Schwenkwiege 8 ist stufenlos verstellbar. Durch die Verstellung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege 8 verändert sich der Kolbenhub und damit das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1. Die Verstellung des Schwenkwinkels erfolgt hydraulisch über einen Stellkolben 15. Die Schwenkwiege 8 ist leicht gängig in Schwenklagern gelagert und wird von einem Gegenkolben 16 im Gleichgewicht gehalten. Bei einer Vergrößerung des Schwenkwinkels steigt das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1, bei einer Verkleinerung verringert sich dieses entsprechend.
-
In 2 ist ein Ausschnitt aus 1 zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung vergrößert und teilweise detaillierter dargestellt. Der Zylinder 3 ist vereinfacht nicht geschnitten und nur als Rechteck mit aus ihm herausragenden Kolben 5 dargestellt. Der Stellkolben 15 und der Gegenkolben 16 begrenzen Druckräume 23, 24 in der Anschlussplatte 14.
-
Der Stellkolben 15 weist auf seiner dem Druckraum 24 abgewandten Seite einen Stellkolbenschaft 25 auf. Analog weist der Gegenkolben 16 auf seiner dem Druckraum 23 abgewandten Seite einen Gegenkolbenschaft 26 auf. Dem Stellkolben 15 ist eine Federeinrichtung 27 zugeordnet. Dem Gegenkolben 16 ist eine Federeinrichtung 28 zugeordnet. Der Stellkolben 15 stellt mit dem Stellkolbenschaft 25 und der Federeinrichtung 27 eine Stelleinrichtung 21 dar. Der Gegenkolben 16 stellt mit dem Gegenkolbenschaft 26 und der Federeinrichtung 28 eine Stelleinrichtung 22 dar.
-
Die Rückzugplatte 12 stellt eine Rückzugeinrichtung 30 dar. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Rückzugeinrichtung 30 also einteilig. Die Rückzugeinrichtung 30 kann aber auch mehrteilig ausgeführt werden.
-
In der Anschlussplatte 14 sind in 2 ein Saugkanal 31 und ein Druckkanal 32 angedeutet. Die Kanäle 31, 32 sind an sich im in 2 dargestellten Schnitt der Anschlussplatte 14 nicht sichtbar, sondern erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zur Zeichenebene.
-
Die Stelleinrichtungen 21, 22 sind über eine Niederhalteeinrichtung 40 mit der Schwenkwiege 8 gekoppelt. Dabei ist die Niederhalteeinrichtung 40 in axialer Richtung zwischen den Stelleinrichtungen 21, 22 und der Schwenkwiege 8 angeordnet. Durch die Druckbeaufschlagung des Stellkolbens 15 und des Gegenkolbens 16 in den Druckräumen 24, 23 sowie durch eine Vorspannkraft der Federeinrichtungen 27, 28 wird die Niederhalteeinrichtung 40 gegen die Schwenkwiege 8 vorgespannt. Die Federeinrichtungen 27, 28 sind über Federteller 33, 34 am Gehäuse 2 beziehungsweise der Anschlussplatte 14 abgestützt. Dabei sind die Federeinrichtungen 27, 28 als Schraubendruckfedern ausgeführt, welche die Kolbenschäfte 25, 26 umgeben.
-
Die Niederhalteeinrichtung 40 umfasst einen Niederhalterahmen 42 mit einem Rahmengrundkörper 45. Der Rahmengrundkörper 45 hat im Wesentlichen einen rechteckigen Rahmenquerschnitt. Von dem Rahmengrundkörper 45 erstreckt sich eine Schulter 48 nach innen.
-
Ein Innendurchmesser der Schulter 48 ist kleiner als der Außendurchmesser der Rückzugplatte 12. Der Außendurchmesser der Rückzugplatte 12 ist kleiner als der Innenabmessungen des Rahmengrundkörpers 45. Durch diese Abmessungen wird sichergestellt, dass die Rückzugplatte 12 radial innerhalb des Rahmengrundkörpers 45 in axialer Richtung an der Schulter 48 zur Anlage kommen kann.
-
Der Rahmengrundkörper 45 weist an seiner der Schwenkwiege 8 abgewandten Stirnfläche, die der Anschlussplatte 14 zugewandt ist, Ausnehmungen 51, 52 auf. In der Ausnehmung 51 ist ein freies Ende des Stellkolbenschafts 25 angeordnet. In der Ausnehmung 52 ist ein freies Ende des Gegenkolbenschafts 26 angeordnet.
-
Die Kolbenschäfte 25 und 26 erstrecken sich in axialer Richtung, das heißt parallel zu einer Drehachse 54 der Antriebswelle 4. In der dargestellten Anordnung ist der Rahmengrundkörper 45 der Niederhalteeinrichtung 40 in axialer Richtung zwischen den Stelleinrichtungen 21, 22 und der Schwenkwiege 8 eingespannt.
-
Eine der Schwenkwiege 8 zugewandte Stirnfläche des Rahmengrundkörpers 45 stellt eine axiale Anlagefläche für die Schwenkwiege 8 dar. Von der axialen Anlagefläche stehen außen die Stege 55, 56 ab. Die Stege 55, 56 erstrecken sich in axialer Richtung. Ein Innenabstand der Stege 55, 56 voneinander ist etwa genauso groß beziehungsweise etwas größer als die entsprechende Außenabmessung der Schwenkwiege 8.
-
Zur Darstellung einer drehfesten Verbindung zwischen der Schwenkwiege 8 und der Niederhalteeinrichtung 40 können im Kontaktbereich zwischen den Stegen 55, 56 und der Schwenkwiege 8 Anlageflächen 61, 62 an der Schwenkwiege 8 ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können Stifte, insbesondere Zentrierstifte, zur Darstellung der drehfesten Verbindung zwischen der Schwenkwiege 8 und der Niederhalteeinrichtung 40 verwendet werden.
-
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 102010052067 A1 [0002]
