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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege und Kolben, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung in einem Zylinder hin und her bewegbar geführt sind, wobei die Kolben über Gleiteinrichtungen, die gleitend an der Schwenkwiege anliegen, mit der Schwenkwiege gekoppelt sind, wobei die Gleiteinrichtungen durch eine elastische Halteeinrichtung gegen die Schwenkwiege vorgespannt sind.
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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, eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere hinsichtlich Kosten, Bauraum, Wirkungsgrad und/oder Funktion, zu optimieren.
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Die Aufgabe ist bei einer Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege und Kolben, die in einer im Wesentlichen axialen Richtung in einem Zylinder hin und her bewegbar geführt sind, wobei die Kolben über Gleiteinrichtungen, die gleitend an der Schwenkwiege anliegen, mit der Schwenkwiege gekoppelt sind, wobei die Gleiteinrichtungen durch eine elastische Halteeinrichtung gegen die Schwenkwiege vorgespannt sind, dadurch gelöst, dass zusätzlich zu der elastischen Halteeinrichtung für die Gleiteinrichtungen eine elastische Zylinderspanneinrichtung in die Axialkolbenmaschine integriert ist, um den Zylinder gegen eine Verteilerplatte vorzuspannen. Der Begriff axial bezieht sich auf eine Drehachse einer Welle, die auch als Antriebswelle bezeichnet wird, die drehfest mit dem Zylinder verbunden ist. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zur Drehachse der Welle. Der Begriff im Wesentlichen axial bedeutet, dass die Bewegungsachse der Kolben auch geringfügig von der axialen Richtung abweichen kann. Die Gleiteinrichtungen sind vorzugsweise als Kolbenschuhe oder Gleitschuhe ausgeführt und können durch eine Art Kugelgelenk mit dem jeweiligen Kolben gekoppelt sein. Durch die Kombination der elastischen Halteeinrichtung für die Gleiteinrichtungen mit der elastischen Zylinderspanneinrichtung wird eine redundante Rückhaltung des Zylinders gegen die Verteilerplatte geschaffen. Dabei wird ein in dem US-Patent
US 6,352,017 B1 angesprochener Nachteil, der eine Vielzahl von Gleitstückhalterkomponenten, einen komplizierten Aufbau, eine verzögerte Herstellungsdauer und erhöhte Herstellungskosten betrifft, bewusst in Kauf genommen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Zylinderspanneinrichtung eine Federeinrichtung umfasst, die an einer zentralen Welle der Axialkolbenmaschine abgestützt ist. Bei der zentralen Welle handelt es sich zum Beispiel um eine Antriebswelle der Axialkolbenmaschine, die drehfest mit dem Zylinder verbunden ist. Die Federeinrichtung ist so zwischen der zentralen Welle und dem Zylinder eingespannt, dass der Zylinder gegen die Verteilerplatte gedrückt wird. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine zusätzliche Kraft dargestellt werden, die den Zylinder gegen die Verteilerplatte vorspannt.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung gegen einen radial nach innen vorspringenden Zylinderabsatz vorgespannt ist. Der radial nach innen vorspringende Zylinderabsatz ist zum Beispiel an einem Ringsteg ausgebildet, der einstückig mit dem Zylinder verbunden ist. Dadurch wird die Montage der Federeinrichtung erheblich vereinfacht. Außer der Federeinrichtung wird kein zusätzliches Bauteil benötigt, um die Vorspannkraft der Federeinrichtung auf den Zylinder aufzubringen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung in einem Ringraum angeordnet ist, der sich in radialer Richtung zwischen der Welle und dem Zylinder und in axialer Richtung zwischen einem Wellenabsatz und dem Zylinderabsatz erstreckt. Die Gestalt und Größe des Ringraums sind vorteilhaft an die Abmessungen der Federeinrichtung angepasst. Die Welle erstreckt sich durch die Federeinrichtung hindurch.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung als Schraubendruckfeder ausgeführt ist. Dadurch können die Herstellkosten der Axialkolbenmaschine weiter reduziert werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eine erforderliche Gesamtvorspannkraft auf die elastische Halteeinrichtung für die Gleiteinrichtungen und die Zylinderspanneinrichtung aufgeteilt ist. Dadurch wird die dauerfeste Auslegung der elastischen Halteeinrichtung und der Zylinderspanneinrichtung vereinfacht. Allerdings wirkt die Zylinderspanneinrichtung nicht auf die Gleiteinrichtungen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Gleiteinrichtungen im Wesentlichen durch die Kolben in der im Wesentlichen axialen Richtung geführt sind. Das liefert den Vorteil, dass auf eine zusätzliche Rückzugplatte verzichtet werden kann. Die Gleiteinrichtungen, die auch als Kolbenschuhe oder Gleitschuhe bezeichnet werden, sind vorteilhaft durch die elastische Halteeinrichtung relativ zueinander positioniert.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Halteeinrichtung für die Gleiteinrichtungen eine Federrückzugplatte darstellt, die schwenkbar an einer kugelartigen Geometrie eines Zylinderhalses abgestützt ist. Zu diesem Zweck weist die Federrückzugplatte vorteilhaft einen kalottenartigen Kragen auf, der an der kugelartigen Geometrie des Zylinderhalses anliegt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Zylinder, eine Zylinderspanneinrichtung, eine Federeinrichtung, Kolben und/oder eine Gleiteinrichtung für eine vorab beschriebene Axialkolbenmaschine. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen mobilen oder stationären Hydraulikantrieb 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 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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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 auch 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 hauptsächlich 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 zu- und 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 eine Axialkolbenmaschine 21 ohne Gehäuse, insbesondere ein Triebwerk der Axialkolbenmaschine 21, im Längsschnitt dargestellt. Ein Zylinder 23 des Triebwerks der Axialkolbenmaschine 21 ist um eine Drehachse 24 drehbar angetrieben. In dem Zylinder 23 sind mehrere Kolben 25 in axialer Richtung hin und her bewegbar geführt. Die Kolben 25 sind als zum Beispiel Hohlkolben ausgeführt und jeweils in einem Kolbenraum 27 des Zylinders 23 hin und her bewegbar geführt.
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Zur Kopplung mit der in 2 nicht dargestellten Schwenkwiege dienen Gleiteinrichtungen, die als Kolbenschuhe 30, 32 oder Gleitschuhe ausgeführt sind. Der in 2 im Längsschnitt dargestellte Hohlkolben 25 weist an seinem dem Kolbenschuh 30 zugewandten Ende einen Kugelkopf 31 auf, der in einer Art Gelenkpfanne des Kolbenschuhs 30 aufgenommen ist.
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Die Kolbenschuhe 30, 32 werden durch eine elastische Halteeinrichtung 40 in Anlage an der (nicht dargestellten) Schwenkwiege gehalten. Die elastische Halteeinrichtung 40 ist als Federrückzugplatte 42 ausgeführt. Die Federrückzugplatte 42 umfasst ein zentrales Durchgangsloch, das von einem Kragen 44 begrenzt wird.
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Der Kragen 44 ist kalottenartig ausgeführt und liegt an einem kugelabschnittsartigen Zylinderhals 46 des Zylinders 23 an. Die Federrückzugplatte 42 liegt mit dem Kragen 44 auf einer Kugelgeometrie am Zylinderhals 46 auf. Radial außen ist die Federrückzugplatte 42 als umgebogenes Federblech ausgeführt. Das umgebogene Federblech stellt eine Feder dar, deren Federvorspannkraft durch eine Winkelveränderung des umgebogenen Federblechs variiert.
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Im eingebauten Zustand ist die elastische Halteeinrichtung 40 so vorgespannt, dass die Kolbenschuhe 30, 32 in Anlage an der Schwenkwiege gehalten werden. Da sich die Federrückzugplatte 42 gleichzeitig am Zylinderhals 46 abstützt, ergibt sich daraus eine Gegenkraft, die den Zylinder 23 in Anlage an der (in 2 nicht dargestellten) Verteilerplatte hält.
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Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung ist die elastische Halteeinrichtung 40 in der Axialkolbenmaschine 21 mit einer elastischen Zylinderspanneinrichtung 50 kombiniert. Die elastische Zylinderspanneinrichtung 50 umfasst eine Federeinrichtung 52, die als Schraubendruckfeder ausgeführt ist.
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Die Federeinrichtung 52 ist in axialer Richtung zwischen einem Wellenabsatz 55 einer zentralen Welle 54 und einem Zylinderabsatz 58 des Zylinders 23 eingespannt. Bei der zentralen Welle 54 handelt es sich um die Antriebswelle der Axialkolbenmaschine 21. Die Antriebswelle 54 ist drehfest mit dem Zylinder 23 verbunden und erstreckt sich durch die Federeinrichtung 52 hindurch.
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Der Zylinderabsatz 58 ist an einem Ringsteg 59 ausgebildet, der an dem Zylinder 23 radial nach innen vorspringt. Der Zylinderabsatz 58 und der Wellenabsatz 55 begrenzen in axialer Richtung einen Ringraum 60, der in radialer Richtung von der Welle 54 und dem Zylinder 23 begrenzt wird. Der Ringraum 60 ist etwas größer als die Federeinrichtung 52.
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Die elastische Zylinderspanneinrichtung 50 dient dazu, den Zylinder 23 in 2 nach rechts gegen die (nicht dargestellte) Verteilerplatte vorzuspannen. Die elastische Halteeinrichtung 40 dient in erster Linie dazu, die Gleiteinrichtungen beziehungsweise Kolbenschuhe 30, 32 in 2 nach links gegen die (nicht dargestellte) Schwenkwiege vorzuspannen. Eine resultierende Kraft wird durch den Kragen 44 auf den Zylinder 23 geleitet, wodurch die Zylinderanpressung verstärkt wird.
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Durch die Halteeinrichtung 40 und die Zylinderspanneinrichtung 50 wird auf einfache Art und Weise eine getrennte Anpressung des Zylinders 23 an die Verteilerplatte und der Kolbenschuhe 30, 32 an die Schwenkwiege ermöglicht. Dadurch wird die Einstellbarkeit der Rückhaltungen vereinfacht. Durch die getrennte Rückhaltung ergeben sich darüber hinaus Wirkungsgradvorteile.
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Die Halteeinrichtung 40 und die Zylinderspanneinrichtung 50 sind vorteilhaft mit nur wenigen Bauteilen dargestellt und einfach zu montieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6352017 B1 [0002, 0004]
