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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige hydrostatische Axialkolbenmaschine kann in Schrägscheiben- oder in Schrägachsenbauweise ausgeführt sein und weist ein verstellbares Verdrängungsvolumen auf. Dabei ist in einem Gehäuse der Maschine, drehfest mit einer Triebwelle verbunden ein Triebwerk mit einer Zylindertrommel aufgenommen. In dieser sind Zylinderbohrungen ausgebildet, in denen jeweils ein Arbeitskolben axial verschieblich angeordnet ist. Die Triebwelle ist über wenigstens ein Wälzlager drehbar im Gehäuse gelagert. Zur Verstellung des Verdrängungsvolumens weist die Maschine einen Schwenkkörper auf, an dem das Triebwerk entweder über die Arbeitskolben oder über die Zylindertrommel abstützbar ist. Der Schwenkkörper ist dabei über ein gehäusefestes Gleitlager im Gehäuse verschwenkbar gelagert. Durch eine Verstellung eines Schwenkwinkels ist dabei das Verdrängungsvolumen verstellbar.
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Bei einer in Schrägscheibenbauweise ausgeführten Axialkolbenmaschine ist der Schwenkkörper über eine Schwenkwiege ausgebildet, an der eine Stütz- oder Gleitfläche angeordnet ist, an der die Arbeitskolben abgestützt sind. Im Falle der Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise handelt es sich bei dem Schwenkkörper um eine Steuerlinse, an der die Zylindertrommel abgestützt ist.
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Im Betrieb der Axialkolbenmaschine sind von den Arbeitskolben und den Zylinderbohrungen begrenzten Arbeitsräume alternierend mit Druckmittel hohen Drucks beaufschlagt, sodass das Gleitlager hohe Abstützkräfte des Triebwerks aufnehmen muss. Die damit verbundenen hohen Anpressdrücke stellen eine hohe Belastung der in Anlage gebrachten Gleitflächen dar, was sich nachteilig auf eine Lebensdauer der Gleitlagerungen auswirkt.
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Um dem entgegen zu wirken, zeigt die Patentschrift
DE 44 09 370 C2 eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, bei der in die Gleitlagerfläche des Gleitlagers Entlastungsausnehmungen in Form von Nuten eingebracht sind, die mit einer Druckmittelquelle hohen Druckes in Druckmittelverbindung bringbar sind. Über die Entlastungsausnehmungen kann Druckmittel in einen Bereich zwischen dem Gleitlager und der Schwenkwiege gefördert werden, wodurch sich dort ein hydrostatisches Druckfeld ausbilde kann. Dieses entlastet die Gleitflächen des Gleitlagers und der Schwenkwiege und verringert so den Verschleiß. Zudem wird die Gleitlagerung über das in die Entlastungsausnehmungen eingebrachte Druckmittel geschmiert und gekühlt, was den Verschleiß zusätzlich reduziert.
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Nachteilig daran ist, dass die geschilderte Bereitstellung des Druckmittels für die Gleitlagerung auf hohem Druckniveau vorrichtungstechnisch aufwändig ist. Sie kann beispielsweise über eine externe Druckmittelpumpe erfolgen oder das Druckmittel kann dem Hochdruckbereich der Axialkolbenmaschine selbst entnommen werden. Neben dem vorrichtungstechnischem Aufwand führt die Bereitstellung in beiden Fällen zu einer Verringerung eines Wirkungsgrades der Axialkolbenmaschine.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit verringertem vorrichtungstechnischem Aufwand zur Bereitstellung des Druckmittels für die Gleitlagerung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine hat ein in einem Gehäuse angeordnetes, drehfest mit einer Triebwelle verbundenes Triebwerk. Das Triebwerk weist eine Zylindertrommel mit Zylinderbohrungen und in diesen jeweils einen axial verschieblich angeordneten Arbeitskolben auf. Darüber hinaus kann das Triebwerk natürlich weitere Bauteile aufweisen. Die Triebwelle ist über wenigstens ein Wälzlager drehbar im Gehäuse gelagert. Zur Verstellung eines Verdrängungsvolumens weist die Axialkolbenmaschine einen über ein gehäusefestes Gleitlager im Gehäuse verschwenkbar gelagerten Schwenkkörper auf. An diesem ist das Triebwerk abgestützt. Erfindungsgemäß ist die Axialkolbenmaschine derart ausgestaltet, dass über das Wälzlager bei drehender Triebwelle Druckmittel in einen Bereich zwischen dem Gleitlager und dem Schwenkkörper förderbar, insbesondere ansaugbar ist.
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Durch die Förderung oder Ansaugung des Druckmittels, das als Schmiermittel und Kühlmittel fungiert, in den hoch belasteten Bereich, wird eine Verringerung eines dort auftretenden Verschleißes erreicht. Das Wälzlager erfüllt neben der Funktion der Lagerung der Triebwelle erfindungsgemäß somit auch die Funktion der Förderung oder Ansaugung des Druckmittels. Dies stellt eine vorrichtungstechnische Vereinfachung der Axialkolbenmaschine gegenüber dem Stand der Technik dar. Der Bereich ist vorzugsweise ein Bereich, in dem eine Kontaktstelle des Gleitlagers und des Schwenkkörpers angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt ist die Axialkolbenmaschine in einem hydraulischen Hybridantrieb verbaut.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Wälzlager konische, insbesondere kegelstumpfförmige Wälzkörper auf. Die Förder- oder Saugwirkung des Wälzlagers resultiert dabei aus den unterschiedlichen Durchmessern und Umfangsgeschwindigkeiten der Wälzkörper. Die Förder- oder Saugwirkung ist dabei im Wesentlichen vom kleinen hin zum großen Durchmesser der Wälzkörper gerichtet. Als besonders bevorzugt erweist sich als Wälzlager ein Kegelrollenlager.
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Die Erfindung findet ihre Anwendung vorzugsweise bei Axialkolbenmaschinen in Schrägscheiben- oder in Schrägachsenbauweise. Im ersten Fall ist der Schwenkkörper über eine Schwenkwiege ausgebildet, an der das Triebwerk über seine Arbeitskolben abgestützt ist. Im anderen Fall ist der Schwenkkörper über eine Steuerlinse ausgebildet, an der das Triebwerk über seine Zylindertrommel abgestützt ist.
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Eine Förderung oder Ansaugung in den Bereich wird erleichtert, wenn in einer bevorzugten Weiterbildung eine im Bereich angeordnete Gleitfläche, insbesondere die des Gleitlagers, alternativ oder ergänzend dazu eine Gleitfläche der Schwenkwiege, eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist, über die das Druckmittel über das Wälzlager bei drehender Triebwelle förder- oder ansaugbar ist.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung mündet oder münden die eine Ausnehmung oder die mehreren Ausnehmungen in einen Gehäuseinnenraum, in dem das Triebwerk angeordnet ist. Dadurch kann ohnehin vorhandenes Leckageöl des Triebwerks, das einen relativ niedrigen Druck aufweist, zur Schmierung bzw. Kühlung des Gleitlagers bereitgestellt werden. Im Gegensatz zur aus der
DE 44 09 370 C2 bekannten Lösung erfolgt so erfindungsgemäß eine Schmierung bzw. Kühlung des Bereichs, ohne den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine durch den Verbrauch von Druckmittel hohen Drucks zu reduzieren. Diese Weiterbildung weist also gegenüber dem genannten Stand der Technik einen erhöhten Wirkungsgrad auf.
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Vorzugsweise sind die eine Ausnehmung oder die mehreren Ausnehmungen als eine Nut ausgebildet. Diese Geometrie ist mit geringem fertigungstechnischem Aufwand in die Gleitfläche einbringbar.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Gleitlager eine Anschlussausnehmung oder mehrere Anschlussausnehmungen auf, in die die eine oder die mehreren Ausnehmungen münden, und die mit dem Wälzlager in eine Druckmittelverbindung bringbar sind. Für den Fall mehrerer Ausnehmungen sind diese vorzugsweise etwa kreuzförmig in einer Gleitfläche des Gleitlagers angeordnet, wobei die Anschlussausnehmung in einem Kreuzungsbereich der Ausnehmungen angeordnet ist.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist über eine Seite des Wälzlagers ein mit der Anschlussausnehmung in Druckmittelverbindung bringbarer Druckraum, insbesondere Saugraum, abschnittsweise begrenzt, wobei über eine andere Seite des Wälzlagers der Gehäuseinnenraum abschnittweise begrenzt ist.
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Um die Druckmittelverbindung und die Förderung oder Ansaugung des Druckmittel hin zum Wälzlager, insbesondere hin zum Druck- oder Saugraum, platzsparend und kompakt auszubilden, ist in einer bevorzugten Weiterbildung eine Wandung des Gehäuse zumindest abschnittsweise von einem den Bereich mit dem Wälzlager verbindenden Druckmittelströmungspfad, insbesondere von einem Druckmittelkanal, durchsetzt.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 das als hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildete Ausführungsbeispiel in einem Längsschnitt,
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2 ein Detailschnitt des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und
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3 eine Lagerschale eines Gleitlagers des Ausführungsbeispiels in einer Draufsicht.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt und hat ein Gehäuse 2 mit einem topfartig ausgebildeten Gehäuseteil 4, das von einem Gehäusedeckel 6 verschlossen ist. Im Gehäuse 2 ist ein Triebwerk 8 angeordnet, das eine Zylindertrommel 10 mit Zylinderbohrungen 12 und darin axial verschieblich angeordneten Arbeitskolben 14 aufweist. Drehfest mit der Zylindertrommel 10 ist eine Triebwelle 16 verbunden, deren Wellenstumpf aus dem Gehäuseteil 4 hinausragt. Die Triebwelle 16 ist einerseits in der Nähe des Wellenstumpfes im Gehäuseteil 4 und andererseits im Gehäusedeckel 6 über jeweils ein als Kegelrollenlager ausgeführtes Wälzlager 18 bzw. 20 drehbar gelagert. Die Wälzlager 18, 20 sind gegeneinander angestellt, sodass die Triebwelle 16 auch in axialer Richtung festgelegt ist.
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Über die Arbeitskolben 14 und die Zylinderbohrungen 12 sind in der Zylindertrommel 10 hydrostatische Arbeitsräume 22 begrenzt, die bei drehender Triebwelle 16 alternierend mit einem Hochdruckkanal 24 und einem Niederdruckkanal 26 fluidisch verbindbar sind. Die alternierende Druckmittelverbindung erfolgt dabei über eine zwischen der Zylindertrommel 10 und dem Gehäusedeckel 6 angeordnete Steuerscheibe 28, die von mehreren nierenförmigen Durchgangsausnehmungen 30 durchsetzt ist.
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Die Arbeitskolben 14 weisen jeweils einen Kolbenkopf 32 auf, der formschlüssig in einem Kolbenschuh 34 aufgenommen ist. Dieser ist an einer Gleitfläche 36 einer Schwenkwiege 38 gleitend gelagert bzw. abgestützt. Die Schwenkwiege 38 ist über gehäusefeste Lagerschalen eines Gleitlagers 40 verschwenkbar im Gehäuseteil 4 gelagert. Eine Verschwenkung der Schwenkwiege 38 in einer Schwenkebene, die sich durch eine Längsachse 42 der Triebwelle 16 und senkrecht zur Betrachtungsebene der 1 erstreckt, kann über eine nicht dargestellte Verstelleinrichtung erfolgen. Diese weist wenigstens ein Betätigungselement, beispielsweise einen hydraulischen Stellzylinder auf, und lenkt die Schwenkwiege 38 zu einer Schwenkachse beabstandet an.
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Die bisher genannten Komponenten und Funktionsweisen einer Axialkolbenmaschine, wie sie bis hierher beschrieben wurde, sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Um den Beschreibungsumfang zu begrenzen, und zum Zwecke der Offenbarung, wird daher auf den Stand der Technik, insbesondere auf das Datenblatt RD 92711/01.12 der Anmelderin, verwiesen. Die weitere Beschreibung der Axialkolbenmaschine 1 konzentriert sich nunmehr auf die erfindungsgemäße Schmierung der Gleitlagerung der Schwenkwiege 38.
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Gemäß 1 sind die Lagerschalen des Gleitlagers 40 von mehreren Ausnehmungen durchsetzt, die einerseits in einen Gehäuseinnenraum 44 des Gehäuseteils 4 und andererseits jeweils in einen Druckmittelkanal 46 münden, der das Gehäuseteil 4 bis nahe hin zum Wälzlager 18 durchsetzt. Etwa dieser Bereich der Axialkolbenmaschine 1 ist gemäß 1 als strichpunktiert umrandetes Detail A dargestellt. Die weitere Beschreibung des Details A erfolgt anhand seiner vergrößerten Darstellung in 2. Aufgrund der Symmetrie der beschriebenen Komponenten zur Schwenkebene gilt die Beschreibung des Details A ebenso für den Bereich jenseits der Schwenkebene.
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Gemäß 2 sind die Schwenkwiege 38, eine Lagerschale 48 des Gleitlagers 40, der Druckmittelkanal 46 und das Wälzlager 18 gezeigt, wobei sich alle Komponenten oberhalb der Längsachse 42 gemäß 1 befinden. Das Wälzlager 18 ist als Kegelrollenlager ausgebildet und hat kegelstumpfförmige Wälzkörper 50, von denen gemäß 2 lediglich einer gezeigt ist. Der Wälzkörper 50 hat seinen maximalen Durchmesser an einer dem Gehäuseinnenraum 44 zugewandten Seite. Sein kleinster Durchmesser ist hingegen einem Druckraum 52 zugewandt. Der Druckraum 52 ist über eine Außenmantelfläche der Triebwelle 16, auf die das Wälzlager 18 mit seinem Innenring aufgeschoben ist, und einen Dichtungsring 54 und eine Gehäuseinnenwand des Gehäuseteils 4 und eine erste Seite des Wälzlagers 18 begrenzt. In den Druckraum 52 mündet ein Endabschnitt des Druckmittelkanals 46 etwa radial zur Längsachse 42 ein. Mit seinem einem anderen Endabschnitt grenzt der Druckmittelkanal 46 an eine zentrale Anschlussausnehmung 56 der Lagerschale 48. Die Anschlussausnehmung 56 durchsetzt die Lagerschale 48 von deren am Gehäuseteil 4 anliegenden Rückseite bis hin zu deren Gleitfläche 58, an der die Schwenkwiege 38 abgestützt bzw. gelagert ist.
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Die Anschlussausnehmung 56 ist über eine Durchgangsbohrung in der Lagerschale 48 ausgebildet, in die radial als Nuten ausgebildete Ausnehmungen 60, 62, über die die Anschlussausnehmung 56 mit dem Gehäuseinnenraum 44 verbunden ist, münden.
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In einem Betrieb der Axialkolbenmaschine 1, das heißt bei drehender Triebwelle 16, weisen die Wälzkörper 50 eine von der Drehzahl der Triebwelle 16 abhängige Wälzgeschwindigkeit auf. Eine Umfangsgeschwindigkeit des Wälzkörpers 50 an einer benachbart zum Gehäuseinnenraum 44 angeordneten Seite ist aufgrund des dortigen größten Durchmessers größer als in allen anderen Bereichen des Wälzkörpers 50, insbesondere größer als in einem Bereich, der benachbart zum Druckraum 52 angeordnet ist. Ist der Wälzkörper 50 mit Druckmittel benetzt, so entsteht aufgrund der resultierenden unterschiedlichen Fliehkräfte an den genannten Durchmessern ein Druckmittelvolumenstrom vom kleineren hin zum größeren Durchmesser und somit vom Druckraum 52 hin zum Gehäuseinnenraum 44. Das Wälzlager 18 weist somit eine Pumpen- oder Förderfunktion auf, über die ein Druckmittelvolumenstrom im Druckmittelkanal 46 erzeugbar ist. Da das Wälzlager 18 in der im Ausführungsbeispiel gezeigten Anordnung eine Saugwirkung im Druckraum 52 bewirkt, kann über den Druckmittelkanal 46 und die genannten Ausnehmungen 56, 60, 62 Druckmittel aus dem Gehäuseinnenraum 44 angesaugt werden. Dies wird in Figur über die Pfeile symbolisiert.
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Es gelangt somit Druckmittel in einen Bereich zwischen der Lagerschale 48 des Gleitlagers 40 und der Schwenkwiege 38. Das Druckmittel weist dabei in den Ausnehmungen 56, 60, 62 etwa den Druck im Gehäuseinnenraum 44 auf. Es gelangt auch in den Bereich von Kontaktstellen oder Kontaktbereichen der Lagerschale 48 mit der Schwenkwiege 38 so dass die Gleitfläche 58 der Lagerschale 48 und eine gegenüber angeordnete Gleitfläche der Schwenkwiege 38 durch das Druckmittel geschmiert und gekühlt wird.
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Um Bereiche der Gleitfläche 58 und der Schwenkwiege 38 beidseitig einer Symmetrieebene 64 der Lagerschale 48 mit Druckmittel zu benetzen, ist ein Endabschnitt 66 der Ausnehmung 62 in einem zur Triebwelle 16 benachbarten Bereich hin zum Wälzlager 18 abgewinkelt. So kann über den Endabschnitt 66 Druckmittel aus einem zur Triebwelle 16 benachbarten, auf einer Rückseite der Lagerschale 48 angeordneten Bereich des Gehäuseinnenraums 44 angesaugt werden. Die Schmierung und Kühlung ist somit gleichmäßig beidseitig der Symmetrieebene 64 ausgebildet.
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3 zeigt die Lagerschale 48 gemäß den 1 und 2 in einer Draufsicht, die sich gemäß 2 bei von der Lagerschale 48 abgehobener Schwenkwiege 38 mit einer Blickrichtung parallel zur Längsachse 42 auf die Gleitfläche 58 ergibt. Gut zu erkennen sind wieder die Anschlussausnehmung 56, die die Lagerschale 48 zentral durchsetzt, und die im Wesentlichen geradlinigen Ausnehmungen 60 und 62 mit deren abgewinkelten Endabschnitten 66, die in die Gleitfläche 58 als Nuten eingebracht sind.
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Die Ausnehmungen 60 und 62 weisen in der Gleitfläche 58 eine etwa kreuzförmige Anordnung auf und münden gemeinsam in die Anschlussausnehmung 56 ein. Die von der Anschlussausnehmung 56 entfernt angeordneten Endabschnitte 66 der Ausnehmungen 62 sind etwa normal zur Gleitfläche 58 in Richtung der Rückseite der Lagerschale 48 abgewinkelt (vergleiche auch 2).
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Die Druckmittelkanäle 46, wie sie in den 1 und 2 gezeigt sind, sind Vorzugsweise über einen in den Druckraum 52 mündende, bezogen auf die Längsachse 42 radiale Bohrung und eine in die Anschlussausnehmung 56 mündende Axialbohrung ausgebildet.
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Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem verschwenkbar an einem gehäusefesten Gleitlager gelagerten Schwenkkörper, an dem ein Triebwerk der Axialkolbenmaschine abgestützt ist. Dabei kann über ein Wälzlager, insbesondere eins, über das eine Triebwelle der Axialkolbenmaschine gelagert ist, bei drehender Triebwelle der Axialkolbenmaschine Druckmittel in einen Bereich zwischen dem Gleitlager und dem Schwenkkörper gefördert oder angesaugt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4409370 C2 [0005, 0016]
