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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit Kolben, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung hin und her bewegbar geführt sind, und mit einer Schwenkwiege, die mit Hilfe einer Stelleinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, um einen Kolbenhub der Kolben zu verstellen.
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Stand der Technik
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Aus dem US-Patent
US 6,352,017 B1 ist eine Hydraulikpumpe mit einer Taumelscheibe und Kolben bekannt, die in einem Zylinderblock hin und her bewegbar geführt sind, wobei die Kolben über Gleitstücke, die gleitend an der Taumelscheibe anliegen, mit der Taumelscheibe gekoppelt sind, wobei die Gleitstücke durch einen elastischen Gleitstückhalter gegen die Taumelscheibe vorgespannt sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Verstellen eines Kolbenhubs von Kolben einer Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege, die mit Hilfe einer Stelleinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, zu vereinfachen.
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Die Aufgabe ist bei einer Axialkolbenmaschine mit Kolben, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung hin und her bewegbar geführt sind, und mit einer Schwenkwiege, die mit Hilfe einer Stelleinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkbar ist, um einen Kolbenhub der Kolben zu verstellen, dadurch gelöst, dass die Stelleinrichtung mindestens einen Stellflügel umfasst, der an der Schwenkwiege angebracht ist. Der Stellflügel ersetzt einen herkömmlichen Stellkolben. Der Stellflügel liefert gegenüber einem herkömmlichen Stellkolben unter anderem den Vorteil, dass eine Führung für den Stellflügel entfallen kann. Der Stellflügel ist vorteilhaft so an der Schwenkwiege befestigt, dass er eine Bewegung der Schwenkwiege mitmacht. Der Stellflügel kann einstückig mit der Schwenkwiege verbunden sein. Der Stellflügel kann aber auch anderweitig, zum Beispiel stoffschlüssig und/oder formschlüssig und/oder kraftschlüssig, mit der Schwenkwiege verbunden sein. Durch den Stellflügel ergeben sich überraschende Vorteile im Hinblick auf die Lagerung der Schwenkwiege.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stellflügel auf einer den Kolben abgewandten Seite der Schwenkwiege angeordnet ist. Dadurch wird vorteilhaft Bauraum auf der Seite der Schwenkwiege mit den Kolben eingespart. Dabei ist der Stellflügel vorteilhaft versetzt zu einer Antriebswelle der Axialkolbenmaschine angeordnet, wenn sich die Antriebswelle durch die Schwenkwiege hindurch erstreckt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der Stellflügel in einer Grundstellung der Schwenkwiege parallel oder nahezu parallel zu einer Drehachse eines Zylinders der Axialkolbenmaschine erstreckt. Diese Anordnung hat sich bei im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen als vorteilhaft erwiesen. Zusätzlich zu dem Stellflügel kann mindestens ein weiterer Stellflügel an der Schwenkwiege angebracht sein. Mindestens einer der Stellflügel kann auch in einem Winkel zur Drehachse des Zylinders der Axialkolbenmaschine geneigt angeordnet sein, wenn sich die Schwenkwiege in ihrer Grundstellung befindet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stellflügel zwei Druckräume begrenzt, die mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagbar sind. Mindestens einer der Druckräume ist, wie bei einem herkömmlichen Stellkolben, mit einem Stelldruck beaufschlagbar. Als Stelldruck kann ein Arbeitsdruck oder Hochdruck der Axialkolbenmaschine verwendet werden. Der andere Druckraum ist vorteilhaft mit einem Niederdruck der Axialkolbenmaschine beaufschlagt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckräume von Lagerkörpern begrenzt sind, die mit einem Gehäuse der Axialkolbenmaschine verbunden sind und zur Lagerung der Schwenkwiege dienen. Die Lagerkörper können einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein. Die Lagerkörper können aber auch als separate Lagerkörper ausgeführt und, zum Beispiel stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig, fest mit dem Gehäuse verbunden sein. Durch die Lagerkörper wird auf einfache Art und Weise eine stabile Lagerung der Schwenkwiege in dem Gehäuse ermöglicht. Darüber hinaus begrenzen die Lagerkörper die Druckräume, die auf einfache Art und Weise eine Betätigung des Stellflügels beziehungsweise der Schwenkwiege ermöglichen. Die Lagerkörper üben gemäß der vorliegenden Erfindung eine Doppelfunktion aus.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Druckräumen Hydraulikmedium angeordnet ist beziehungsweise anliegt. Das Hydraulikmedium in den Druckräumen dient zum einen dazu, die Schwenkwiege über den Stellflügel zu verstellen. Darüber hinaus kann das Hydraulikmedium in den Druckräumen vorteilhaft dazu verwendet werden, die Lagerung der Schwenkwiege hydrostatisch zu entlasten. Bei dem Hydraulikmedium handelt es sich vorteilhaft um ein Arbeitsmedium der Axialkolbenmaschine, zum Beispiel um Hydrauliköl.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass durch das Hydraulikmedium in den Druckräumen auf die Schwenkwiege eine Druckkraft ausgeübt wird, die einer anpressenden Triebwerkskraft auf die Schwenkwiege entgegenwirkt. Die anpressende Triebwerkskraft wird zum Beispiel durch den Arbeitsdruck der Axialkolbenmaschine bewirkt, der auch als Hochdruck bezeichnet wird. Durch die Druckkraft wird die Schwenkwiegenlagerung besonders vorteilhaft hydrostatisch entlastet.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Federeinrichtung gegen den Stellflügel vorgespannt ist. Die Federeinrichtung dient vorteilhaft dazu, die Schwenkwiege in ihre Grundstellung vorzuspannen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Druckräumen jeweils mindestens eine Feder gegen den Stellflügel vorgespannt ist. Bei der Feder handelt es sich zum Beispiel um eine Schraubendruckfeder oder um eine Biegefeder.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Stelleinrichtung, insbesondere einen Stellflügel, eine Schwenkwiege mit einem Stellflügel und/oder ein Gehäuse mit Druckräumen, insbesondere mit Lagerkörpern, für eine vorab beschriebene Axialkolbenmaschine. Die genannten Bauteile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen mobilen oder stationären Hydraulikantrieb, insbesondere einen hydraulischen Antriebsstrang oder einen Hydraulikhybridantriebsstrang, mit einer vorab beschriebenen Axialkolbenmaschine. Die Axialkolbenmaschine in dem Hydraulikantrieb wird auch als Hydrostat bezeichnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 einen Hydrostaten in Axialkolbenbauart mit einer Verteilerplatte und einer Anschlussplatte im Längsschnitt und
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2 eine vereinfachte Darstellung einer Schwenkwiege mit einem erfindungsgemäßen Stellflügel im Schnitt.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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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.
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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 wechseln kann.
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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.
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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.
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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.
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Zwischen der Schwenkwiege 8 und den Kolben 5 sind Gleiteinrichtungen 10 angeordnet, die auch als Kolbenschuhe oder Gleitschuhe 10 bezeichnet werden. Die Gleitschuhe oder Kolbenschuhe 10 werden mit den Kolben 5 durch eine Rückzugplatte 12 auf einer Gleitfläche der Schwenkwiege 8 gehalten und geführt.
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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 Steuergeometrien in einer Steuerplatte oder Verteilerplatte 13 eine dem Hubvolumen entsprechende Druckflüssigkeit zuund abgeführt. Die Verteilerplatte 13 ist zwischen dem Zylinder 3 und einer Anschlussplatte oder Adapterplatte 14 angeordnet.
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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.
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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.
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In 2 ist die Schwenkwiege 8 aus 1 in einem Längsschnitt entlang einer Linie 20 dargestellt, die sich parallel zu einer Drehachse der Antriebswelle 4 in 1 erstreckt. Eine Kolbenseite 21 der Schwenkwiege 8 ist vereinfacht als ebene Fläche dargestellt. Auf der Kolbenseite 21 ist die Schwenkwiege 8, wie man in 1 sieht, mit den Kolben 5 gekoppelt, die auch als Arbeitskolben bezeichnet werden. Eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege 8 ist in 2 durch einen Doppelpfeil 24 angedeutet.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind der Stellkolben 15 und der Gegenkolben 16 aus 1 durch eine erfindungsgemäße Stelleinrichtung 40 in 2 ersetzt. In der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung 40 wird die Verstellung der Schwenkwiege 8 mit einer hydrostatischen Entlastung der Lagerung der Schwenkwiege 8 kombiniert. Zu diesem Zweck wird die Schwenkwiege 8 um mindestens einen Stellflügel 35 erweitert. Der Stellflügel 35 ist vorzugsweise unterhalb der Schwenkwiegenlagerung angebracht.
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Die Schwenkwiegenlagerung umfasst zwei Lagerkörper 25, 26, die, wie in 2 beispielhaft dargestellt ist, einstückig mit dem Gehäuse 2 der Axialkolbenmaschine verbunden sind. Die Lagerkörper 25, 26 haben im Bereich von Lagerschalen 27, 28 die Gestalt von Kreisbögen, deren Innenradius an den Außenradius der Schwenkwiege 8 angepasst ist. die Lagerschalen 27, 28 sind zwischen der Schwenkwiege 8 und den Lagerkörpern 25, 26 angeordnet.
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Die Lagerkörper 25, 26 begrenzen eine Ausnehmung 30, in welcher der Stellflügel 35 angeordnet ist. Der Stellflügel 35 trennt innerhalb der Ausnehmung 30 zwei Druckräume 31, 32 voneinander. Der Druckraum 31 wird seitlich von einer Begrenzungsfläche 33 begrenzt, die an dem Lagerkörper 25 ausgebildet ist. Der Druckraum 32 wird seitlich von einer Begrenzungsfläche 34 begrenzt, die an dem Lagerkörper 26 ausgebildet ist.
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Die Ausnehmung 30 wird in 2 nach unten von einer Gehäusefläche 36 des Gehäuses 2 begrenzt. Die Gehäusefläche 36 hat im dargestellten Schnitt die Gestalt eines Kreisbogens. Der Stellflügel 35 ist in der Ausnehmung 30 mit der Schwenkwiege 8 zwischen den Begrenzungsflächen 33 und 34 verschwenkbar.
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Die Druckräume 31, 32 werden durch den Kontakt zwischen der Schwenkwiege 8 und den Lagerkörpern 25, 26 mit den Lagerschalen 27, 28 abgedichtet. Das Triebwerk der Axialkolbenmaschine sorgt in dem Schwenkwiegen-Gehäuse-Kontakt für eine stetige Anpressung, weshalb hier nur geringe Leckagemengen zu erwarten sind. Die von dem Triebwerk ausgeübte Anpresskraft ist in 2 durch einen Pfeil 45 angedeutet.
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Die druckbeaufschlagten Flächen der Schwenkwiege 8 in den Druckräumen 31, 32 bilden zusammen mit dem Gehäuse 2 beziehungsweise den Lagerkörpern 25, 26 Stellkammern der Stelleinrichtung 40. Durch den Druck in den Druckräumen 31, 32 wird auf die Schwenkwiege 8 eine der anpressenden Triebwerkskraft 45 entgegenwirkende Druckkraft ausgeübt. Hierdurch wir die Schwenkwiegenlagerung besonders vorteilhaft hydrostatisch entlastet.
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In 2 ist die Schwenkwiege 8 in ihrer Grundstellung dargestellt, in welcher die Kolben der Axialkolbenmaschine keinen Hub ausführen. Die Schwenkwiege 8 ist vorteilhaft durch eine Federeinrichtung 50 in die dargestellte Grundstellung vorgespannt.
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Die Federeinrichtung 50 umfasst eine Feder 51, die in dem Druckraum 31 gegen den Stellflügel 35 vorgespannt ist. Die Federeinrichtung 50 umfasst darüber hinaus eine Feder 52, die in dem Druckraum 32 gegen den Stellflügel 35 vorgespannt ist. Die Federn 51, 52 sind zum Beispiel als Schraubendruckfedern ausgeführt und in geeigneter Art und Weise an der jeweiligen Begrenzungsfläche 33, 34 beziehungsweise dem Stellflügel 35 abgestützt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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