DE102013222602A1

DE102013222602A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102013222602A1
Application number: DE201310222602
Authority: DE
Inventors: Corinna Hager; Bernd Hühn; Andreas Illmann; Dieter Amesöder; Tim Maier; Marian Kacmar; Michael Gaumnitz; Lutz Bellmann; Marcus Herrmann; Juergen Vdovak; Steffen Sies; Arnold Gente
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2015-05-07
Also published as: US20150122115A1; CN104632283A

Abstract

Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Triebwelle und einer Mehrzahl von Zylinderhülsen, in die zur Begrenzung eines jeweiligen Verdrängerraums einerseits ein kugeliger oder balliger Abschnitt und andererseits ein kugeliger oder balliger Kolben eingesetzt sind. Die Abschnitte sind an einem Rotor befestigt, während die Kolben an einer Kolbenscheibe oder Kolbentrommel befestigt sind. Je nach Ausführung ist bei einer Verstellmaschine mit verstellbarem Hubvolumen die Kolbenscheibe zum Rotor mit verschiedenen Schwenkwinkeln neigbar, oder bei einer Konstantmaschine mit konstantem Hubvolumen ist die Kolbenscheibe stets zum Rotor geneigt. Der Rotor und die Kolbenscheibe sind über eine Mitnahmevorrichtung drehfest aneinander gekoppelt. Diese Kopplung kann auch indirekt über eine Triebwelle der Maschine realisiert sein. Zwischen dem Rotor und der Kolbenscheibe ist ein mit Bezug zu einer Triebwelle axiales Schubgelenk vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen ist neben dem klassischen Maschinentyp mit einstückiger rotierender Zylindertrommel auch ein Maschinentyp bekannt, bei dem die Zylinder in umlaufenden Zylinderhülsen angeordnet sind. Die verschiedenen Verdrängerräume sind also in einzelnen Zylinderhülsen gebildet, die einerseits über ein jeweiliges Kugelgelenk an einem gemeinsamen Rotor angelenkt sind, und in die anderseits ein jeweiliger kugeliger oder balliger Koben eingesetzt ist, der an einer gemeinsamen Kolbenscheibe befestigt ist. Durch eine Schrägstellung der Kolbenscheibe zum Rotor oder des Rotors zur Kolbenscheibe wird bei einem Umlauf der Zylinderhülsen mit dem Rotor und mit der Kolbenscheibe die gewünschte Hubbewegung der Kolben in den Zylinderhülsen erzeugt. Dabei ist der Rotor oder die Kolbenscheibe an einer Triebwelle befestigt oder einstückig mit dieser gebildet, wobei die Triebwelle im Falle eines Axialkolbenmotors als Abtriebswelle und im Falle einer Axialkolbenpumpe als Antriebswelle dient. Derartige Axialkolbenmaschinen benötigen eine Mitnahmevorrichtung, um die Drehbewegung des Rotors und der Kolbenscheibe trotz ihrer Schrägstellung zueinander zu synchronisieren.
In der Druckschrift DE 10 2007 011 441 A1 ist eine doppelte hydrostatische Axialkolbenmaschine mit zwei Gruppen von einzelnen Zylinderhülsen offenbart, bei der als Mitnahmevorrichtung eine Verzahnung, ein torsionssteifer Balg und eine homokinetische Wälzlagerkupplung gezeigt sind.
Die Druckschrift DE 10 2012 222 850 A1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einzelnen Zylinderhülsen gezeigt, wobei als Mitnahmevorrichtung ein quer in die Triebwelle eingesetzter Mitnahmebolzen vorgeschlagen wird, der in Schlitze eines Kragens einer schräg gestellten Rotorscheibe eingreift. Weiterhin werden ein kardanisches Gelenk und ein Gleichlaufgelenk als Mitnahmevorrichtung vorgeschlagen.
In der DE 10 2012 222 743 A1 wird eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einzelnen Zylinderhülsen offenbart, deren schräg gestellter Zylinderboden über einen Kardan an die Treibwelle angelenkt ist.
Nachteilig an derartigen hydrostatischen Axialkolbenmaschinen ist, dass in Richtung der Triebwelle eine starre Kopplung zwischen Rotor und Kolbenscheibe gegeben ist, so dass diese Bauteile nicht durch eine mechanische Kraft (z.B. durch eine Vorspannfeder) auseinander gedrückt werden können.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einzelnen Zylinderhülsen zu schaffen, bei der dieser Nachteil behoben ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die beanspruchte hydrostatische Axialkolbenmaschine hat eine Triebwelle und eine Mehrzahl von Zylinderhülsen, in die zur Begrenzung eines jeweiligen Verdrängerraums einerseits ein kugeliger oder balliger Abschnitt und andererseits ein kugeliger oder balliger Kolben eingesetzt sind. Die Abschnitte sind an einem Rotor befestigt, während die Kolben an einer Kolbenscheibe oder Kolbentrommel befestigt sind. Je nach Ausführung sind bei einer Verstellmaschine mit verstellbarem Hubvolumen Rotor und Kolbenscheibe zueinander neigbar, oder bei einer Konstantmaschine mit konstantem Hubvolumen sind Rotor und Kolbenscheibe zueinander geneigt. Weiterhin sind der Rotor und die Kolbenscheibe über eine Mitnahmevorrichtung drehfest aneinander gekoppelt. Diese Kopplung kann auch indirekt über eine Triebwelle der Maschine realisiert sein. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Rotor und der Kolbenscheibe ein mit Bezug zu einer Triebwelle axiales Schubgelenk vorgesehen. Damit sind eine Entkopplung und eine axiale Beweglichkeit der Kolbenscheibe relativ zum Rotor gegeben. Das axiale Schubgelenk kann z.B. eine Passfeder und eine Nut oder eine Verzahnung aufweisen.
Die Mitnahmevorrichtung kann innerhalb oder außerhalb eines Teilkreises der Abschnitte und Kolben angeordnet sein. Am Außenumfang des Teilkreises sind die zu übertragenden Umfangskräfte geringer, so dass die Mitnahmevorrichtung vergleichsweise kleine Einzelelemente (z.B. Zapfen) aufweisen kann. Dabei kann die Triebwelle durchgehend sein.
Zur Abstützung einer axialen Vorspannkraft, die zwischen der Kolbenscheibe und dem Rotor nötig ist, kann eine Druckhülse am Außenumfang der Triebwelle angeordnet (z.B. aufgeschoben) sein, die an ihrem Außenumfang eine kugelige Form hat, an der die Kolbenscheibe oder der Rotor anliegt.
Bei einem bevorzugten Prinzip der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist der Rotor senkrecht zur Triebwelle angeordnet und drehfest mit dieser verbunden oder einstückig mit dieser gebildet, während die Kolbenscheibe zur Triebwelle neigbar oder geneigt ist.
Die Kolbenscheibe kann mit einem buchsenartigen Fortsatz versehen sein, die ein Teil der Mitnahmevorrichtung ist, oder die dazu dient, daran die Mitnahmevorrichtung anzulenken.
Bei einem vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsbeispiel hat die Mitnahmevorrichtung ein Gelenk mit nur einer Querachse. Gemäß einer ersten Variante sind entlang der Querachse zwei Zapfen angeordnet, die in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten schwenkbar und verschiebbar eingesetzt sind. Gemäß einer zweiten Variante ist entlang der Querachse ein durchgehender Stift angeordnet, der in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten schwenkbar und verschiebbar eingesetzt ist.
Bei eine kardanähnlichen Ausführungsbeispiel hat die Mitnahmevorrichtung zwei Gelenke mit einer jeweiligen Querachse, wobei die beiden Querachsen zueinander um 90 Grad angestellt sind. Gemäß einer ersten Variante sind dabei entlang jeder Querachse zwei Zapfen angeordnet, die in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten schwenkbar und verschiebbar eingesetzt sind. Dabei können die beiden Querachsen sich schneiden, also ein Kreuz bilden. Gemäß einer zweiten Variante ist entlang jeder Querachse ein durchgehender Stift angeordnet, der in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten eingesetzt ist.
Zur Verringerung der Reibungsverluste können dabei an Endabschnitte der zwei oder vier Zapfen oder des Stiftes oder der Stifte seitlich abgeflachte Gleitsteine oder Gleitbuchsen angesetzt sein, die schwenkbar oder drehbar zum Zapfen oder zum Stift oder zu den Stiften um die Querachse sind, und die in die Langlöcher oder Nuten gleitend eingesetzt sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Mitnahmevorrichtung zumindest ein per se aus dem Stand der Technik bekanntes Kardangelenk auf, dessen Mittelteil zwei sich schneidende aufeinander senkrecht stehende Querachsen hat, entlang denen sich jeweils zwei Zapfen erstrecken, die schwenkbar in Löcher eingesetzt sind.
Bei einer Weiterbildung des Kardangelenks kann dessen Mittelteil eine z.B. ringförmige Zwischenhülse sein, die zwischen einem Außenumfang der Triebwelle des oder Rotors und einem Innenumfang der Kolbenscheibe oder deren buchsenartigen Fortsatzes angeordnet ist. Dabei kann die Zwischenhülse z.B. über zwei einander gegenüber liegende innere Zapfen gelenkig mit dem Rotor und über zwei einander gegenüber liegende äußere Zapfen gelenkig mit der Kolbenscheibe verbunden sein.
Insbesondere bei größeren Neigungen der Kolbenscheibe wird es bevorzugt, wenn die Mitnahmevorrichtung eine Mittelbuchse hat, die einerseits an der Triebwelle oder am Rotor angelenkt ist, und die anderseits an der Kolbenscheibe oder an deren buchsenartigen Fortsatz angelenkt ist. Damit kann die Mittelbuchse eine Neigung zur Triebwelle einnehmen, die der halben Neigung der Kolbenscheibe entspricht.
Dabei können die beiden Anlenkungen zum Beispiel über ein jeweiliges vorbeschriebenes Kardangelenk mit Zwischenhülse ausgeführt sein. Die Mittelbuchse kann auch über zwei Dreh-Gleit-Verbinder an der Triebwelle oder an dem Rotor und über zwei dazu um 90 Grad versetzte Dreh-Gleit-Verbinder an der Kolbenscheibe oder deren Fortsatz angelenkt sein. Die Dreh-Gleit-Verbinder haben jeweils einen Gleitstein, der in einem axialen Langloch oder einer axialen Nut geführt ist, und sie haben jeweils einen Zapfen, der schwenkbar in ein Loch eingesetzt ist.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Mitnahmevorrichtung von mehreren radial nach innen gerichteten Vorsprüngen z.B. Stegen gebildet, die an jeweils einer Zylinderhülse angeordnet sind, und die in axiale Nuten der Kolbenscheibe während eines Umlaufs eingetaucht bleiben oder während eines Umlaufs eintauchen können, um so das Drehmoment zu übertragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind keine zusätzlichen Bauteile für die Mitnahmevorrichtung nötig.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Mitnahmevorrichtung ein Gleichlaufgelenk oder homokinetisches Gelenk, das mehrere Kugeln aufweist, wobei jede Kugel in einer ersten und einer zweiten Nut geführt ist.
Dabei können die Kugeln in einem Käfig geführt sein, wodurch Nutenpaare ermöglicht werden, die alleine die Lage ihrer gemeinsamen Kugel nicht bestimmen können.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Mitnahmevorrichtung mindestens zwei am Umfang verteilte Kugeln oder Kugelabschnitte, die jeweils entlang einer ersten geraden zur Triebwelle (oder zum Rotor) angestellten Bahn und entlang einer zweiten geraden zu einer Längsachse der Kolbenscheibe angestellten Bahn geführt sind. Bei einer Ausgestaltung als Bipodengelenk sind zwei einander gegenüber liegende Kugeln oder Kugelabschnitte vorgesehen.
Dabei kann ein Stift vorgesehen sein, der sich entlang der ersten Bahn erstreckt. Gemäß einer ersten Variante ist die Kugel oder der Kugelabschnitt an dem Stift befestigt, und der Stift ist entlang der ersten Bahn verschiebbar. Gemäß einer zweiten Variante ist der Stift ist an der Triebwelle oder an dem Rotor befestigt, während die Kugel oder der Kugelabschnitt entlang dem Stift und damit entlang der ersten Bahn verschiebbar ist.
Alternativ kann auch jede Kugel entlang der ersten Bahn und entlang der zweiten Bahn über jeweils zwei einander gegenüber liegende Nuten geführt sein.
Die Mitnahmevorrichtung kann ein Tripodengelenk mit drei Kugelabschnitten aufweisen, die jeweils auf einem von drei gleichmäßig am Umfang verteilten Radialzapfen der Triebwelle oder des Rotors beweglich geführt sind, und die jeweils in zwei einander gegenüber liegenden Axialnuten der Kolbenscheibe beweglich geführt sind.
Es können auch zwei derartige Tripodengelenke vorgesehen sein, von denen ein erstes Tripodengelenk die Triebwelle oder den Rotor mit der Mittelbuchse gelenkig verbindet, und wobei das zweite Tripodengelenk die Mittelbuchse mit der Kolbenscheibe gelenkig verbindet.
Bei einem anderen bevorzugten vorrichtungstechnisch einfachen Ausführungsbeispiel ist die Mitnahmevorrichtung von den in den Zylinderhülsen eingesetzten kugeligen oder balligen Abschnitten und von den Zylinderhülsen und von Hälsen der Kolben gebildet. Die Hälse sind dazu vorzugsweise kegelig geformt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Mitnahmevorrichtung mehrere z.B. am Umfang des Rotors verteilte Aussparungen auf, in die entsprechende Stifte, die z.B. an der Kolbenscheibe befestigt sind, während eine Umlaufs eintauchen.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Mitnahmevorrichtung eine Bogenverzahnung auf, die einerseits an der Triebwelle oder am Rotor und andererseits an der Kolbenscheibe ausgebildet ist. Im Falle einer Konstantmaschine kann die Verzahnung kegelförmig ausgestaltet werden.
Die Mitnahmevorrichtung kann auch ein biegeweiches oder ein je nach Neigung der Trommelscheibe beugbares Element aufweisen. Dieses Element kann z.B. ein Faltenbalg sein.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine detailliert beschrieben.
Es zeigen
1 wesentliche Teile eines ersten Ausführungsbeispiels in einem schematischen Längsschnitt,
2 einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht,
3 einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
4 einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
5 einen Ausschnitt eines fünften Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
6 einen Ausschnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
7 einen Ausschnitt eines siebten Ausführungsbeispiels in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht,
8 einen Ausschnitt eines achten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht,
9 einen Ausschnitt eines neunten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
10 wesentliche Teile eines zehnten Ausführungsbeispiels in einem Längsschnitt,
11 einen Ausschnitt eines elften Ausführungsbeispiels in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht,
12 einen Ausschnitt eines zwölften Ausführungsbeispiels in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht,
13 einen Ausschnitt eines dreizehnten Ausführungsbeispiels in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht und
14 wesentliche Teile eines vierzehnten Ausführungsbeispiels in einer perspektivischen Ansicht.
1 zeigt die wesentlichen Teile eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine. Sie hat eine Triebwelle 1, an die drehfest ein scheibenförmiger Rotor 2 gekoppelt ist. An dessen Umfang sind gleichmäßig verteilte kugelige Abschnitte 4 befestigt, auf die jeweils eine Zylinderhülse 6 derart aufgeschoben ist, dass sie zusammen ein Kugelgelenk bilden. Weiterhin ist in jede Zylinderhülse 6 ein kugeliger Kolben 8 eingesetzt, so dass der kugelige Abschnitt 4 zusammen mit dem Koben 8 einen Verdrängerraum 10 begrenzt. Jeder Kolben 8 ist über einen Hals 12 an einer Kolbenscheibe 14 befestigt, die zum Rotor 2 und damit zur Triebwelle 1 schräg gestellt ist.
Während eines Umlaufs der Triebwelle 1 mit dem Rotor 2, der Kolbenscheibe 14 und mit den Zylinderhülsen 6 führen die Kolben 8 eine Hubbewegung relativ zur jeweiligen Zylinderhülse 6 aus. Dabei sind die kugeligen Kolben 8 schwenkbar in der jeweiligen Zylinderhülse 6 eingesetzt. Die Kolbenscheibe 14 wird (in 1 nach links) in Richtung zum Rotor 2 gegen eine ringförmige Druckhülse 15 gespannt, die auf die Triebwelle 1 aufgesetzt ist und sich dort an einer (nicht gezeigten) Radialschulter abstützt.
Durch ein erfindungsgemäßes axiales Schubgelenk, das im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Nut-Passfeder-Anordnung 16 zwischen dem Rotor 2 und der Triebwelle 1 ausgebildet ist, wird die axiale Entkopplung des Rotors 2 von der Kolbenscheibe 14 realisiert.
Die Mitnahme erfolgt über die Verdrängereinheit mit den drei Kontaktpartnern kugeliger Abschnitt 4, Zylinderhülse 6 und Hals 12. Die Hälse 12 sind dabei so gestaltet, dass stets an einem der Kolben 8 ein Flächenkontakt zwischen seinem Hals 12 und der zugeordneten Zylinderhülse 6 auftritt, über dem das Drehmoment übertragen wird. Der mitnehmende Kolben 8 wechselt während einer Umdrehung des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels.
2 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in einer durchscheinenden perspektivischen Ansicht. Der (in 2 nicht gezeigte) Rotor wird über eine Verzahnung 116 auf der Triebwelle 1 gelagert. Die Kolbenscheibe 114 ist als Kolbentrommel weitergebildet, die einen buchsenartigen Fortsatz 120 aufweist. In diesem sind zwei einander gegenüberliegende Langlöcher 122 eingebracht. In die Triebwelle 1 ist quer ein Stift 124 eingesetzt, an dessen aus der Triebwelle 1 herausragenden Endabschnitten jeweils ein Gleitstein 126 drehbar befestigt ist. Die Befestigung der Gleitsteine 126 auf dem Stift 124 erfolgt über Drahtringe 128.
Die Kolbenscheibe 114 wird über abgeflachte äußere Bereiche der Gleitsteine 126, die in Anlage mit einer von zwei Anlageflächen der Langlöcher 122 sind, mitgenommen. Alternativ kann der Stift auch im Rotor statt in der Triebwelle befestigt sein. Weiter können der Stift in der Kolbenscheibe oder im Fortsatz und die Anlageflächen im Rotor eingebracht werden. Ergänzend zum zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 können auch zwei Stifte 124 mit insgesamt vier Gleitsteinen 126 vorgesehen sein, wobei die beiden Stifte 124 zueinander gekreuzt sind. Für die Übertragung der axialen Vorspannkraft ist noch eine Kugelkalotte erforderlich, die beispielsweise zwischen der Druckhülse 15 und der Kolbenscheibe 114 positioniert wird.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel nach dem Prinzip eines Kardangelenks, wobei von der Triebwelle 1 nur ein kurzer Abschnitt und von dem Fortsatz 120 der Kolbenscheibe 114 nur ein Endabschnitt gezeigt sind. Auf der Triebwelle 1 ist ein hülsenförmiger Abschnitt des Rotors 102 gezeigt. Zwischen diesem und dem Fortsatz 120 ist eine ringförmige Zwischenhülse 130 vorgesehen. Dieser bildet mit dem Rotor 102 eine erste (in der Zeichenebene liegende) Drehachse und senkrecht dazu mit dem Fortsatz 120 eine (senkrecht zur Zeichenebene angeordnete) zweite Drehachse. Dazu sind vier (in 3 nicht gezeigte) Stifte vorgesehen in entsprechenden Löcher eingesetzt.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Kardangelenke nach dem Prinzip des in 3 gezeigten Ausführungsbeispiels und dazu eine Mittelbuchse 132 vorgesehen sind. Die beiden Zwischenhülsen 130 sind mit der Mittelbuchse 132 senkrecht zur Zeichenebene verstiftet, so dass eine Drehung um die Stiftachse möglich ist. Eine ähnliche jeweils dazu senkrechte Drehverbindung wird zwischen dem Rotor 102 und der einen Zwischenhülse 130 sowie zwischen der Kolbenscheibe 114 und der anderen Zwischenhülse 130 hergestellt.
Beim dritten Ausführungsbeispiel und beim vierten Ausführungsbeispiel wird durch Einbringen einer Nut-Passfeder-Anordnung 16 gemäß 1 die axiale Entkopplung sicher gestellt.
5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel, bei dem die Mitnahmevorrichtung von einem Kugelgleichlaufgelenk gebildet ist. Dieses hat mehrere Kugeln 234, die in geraden axialen Kugellaufbahnen geführt werden. Genauer gesagt hat jede Kugel 234 eine erste im Rotor 202 gebildete Nut 236 und eine zweite im Fortsatz 220 der Kolbenscheibe gebildete Nut 237. Alle Nuten 236, 237 verlaufen axial zu dem jeweiligen Bauteil 202, 220, in dem sie angeordnet sind. Alternativ zu den in 5 gezeigten Nuten 236, 237 können diese auch gekrümmt verlaufen.
Da beim fünften Ausführungsbeispiel gemäß 5 die Form der Nuten 236, 237 die Lage der zugeordneten Kugeln 234 nicht eindeutig bestimmt, wird zur eindeutigen Führung der Kugeln 234 ein Käfig 238 verwendet. Der Käfig 238 ist so gestaltet, dass die Drehung des Rotors 202 und der Kolbenscheibe synchron verlaufen. Für die Übertragung der axialen Kraft ist die Druckhülse 15 vorgesehen, die zwischen dem Rotor 202 und dem Käfig 238 eingespannt wird.
Gemäß einer weiteren prinzipiellen Variante wird die Mitnahmevorrichtung von mehreren Poden gebildet, deren Kugeln 244 oder Kugelabschnitte 240 jeweils auf zwei schräg angestellten geraden Bahnen laufen.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Kugelabschnitte 240 entlang einem jeweiligen am Rotor 202 befestigten und zu diesem angestellten Stift 241 beweglich geführt sind. Weiterhin ist jeder Kugelabschnitt 240 entlang einer hin zu einer Längsachse der Kolbenscheibe 214 angestellten Bahn 242 geführt. Alternativ kann der Kugelabschnitt am Stift befestigt sein, der dann axial verschiebbar im Rotor gelagert ist. Weiterhin können Rotor und Kolbenscheibe ausgetauscht werden.
7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel, bei dem eine Kugel 244 einerseits entlang einer zur Längsachse des Rotors 202 angestellten Bahn über zwei einander gegenüberliegende Nuten 245 geführt ist. Andererseits ist die Kugel 244 entlang der zur Längsachse der Kolbenscheibe 214 angestellten Bahn ebenfalls über zwei einander gegenüberliegende Nuten 246 geführt. Die Paare von Nuten 245, 246 sind in jeweiligen Paaren von Führungsschienen ausgebildet, die in den Rotor 202 und in die Kolbenscheibe 214 eingesetzt sind. Für die Übertragung der axialen Kraft wird eine (in 7 nicht gezeigte) Druckhülse 15 verwendet. Das axiale Schubgelenk ist von der Verzahnung 116 gebildet.
In 8 ist ein achtes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Mitnahmevorrichtung als Tripodengelenk ausgebildet ist. Dabei sind am Rotor 202 drei gleichmäßig am Umfang verteilte Radialzapfen 248 befestigt, an denen jeweils ein etwa ringförmiger Kugelabschnitt 240 drehbar gelagert ist. Der Fortsatz 220 der Kolbenscheibe 214 hat drei axiale Langlöcher, in denen Paare von einander zugewandten Nuten 245, 246, 247 angeordnet sind. Diese Paare von Nuten 245, 246, 247 führen jeweils einen Kugelabschnitt 240. Für die Übertragung der axialen Kraft wird eine (in 8 nicht gezeigte) Druckhülse 15 verwendet. Es kann auch ein Doppel-Tripodengelenk zwischen der Triebwelle 1 und der Kolbenscheibe 214 bzw. ihrem Fortsatz 220 vorgesehen sein, das aus zwei Tripoden-Gelenken gemäß 8 besteht.
9 zeigt einen Ausschnitt eines neunten Beispiels, bei dem die Mitnahmevorrichtung zwischen dem Rotor 202 und dem Fortsatz 220 der Kolbenscheibe zwei oder mehrere Stifte 250 aufweist, die sich vom Innenumfang des Fortsatzes 220 radial nach innen erstrecken. Die Stifte 250 ragen in entsprechende Aussparungen 252 des Rotors 202. Die Mitnahme erfolgt jeweils über diejenigen Stifte 250, die in Berührung mit dem Rotor 202 sind. Alternativ können auch die Stifte im Rotor und die Aussparungen in der Kolbentrommel oder in ihrem Fortsatz angebracht sein. Die Übertragung der axialen Kräfte erfolgt über ein separates Bauteil ähnlich der Druckhülse 15 aus 2.
10 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Ihr Rotor 302 ist über die Verzahnung 116 drehfest mit der Triebwelle 1 verbunden. In die dazu geneigte Kolbenscheibe 314 sind kreiszylindrische Hälse 312 eingesetzt, an denen die Kolben 8 ausgebildet sind. Zwischen dem Rotor 302 und der Kolbenscheibe 314 befinden sich zwei Einzelkardan-Gelenke. Deren Zwischenhülsen 330 werden beide mit einer Mittelbuchse 332 verstiftet, so dass eine Drehung um die Stiftachsen möglich ist. Eine ähnliche Drehverbindung wird zwischen dem Rotor 302 und der zugeordneten Zwischenhülse 330 sowie zwischen der Kolbenscheibe 314 und der zugeordneten Zwischenhülse 330 hergestellt. Die Übertragung der axialen Vorspannkraft kann beispielsweise über eine (nicht gezeigte) Feder zwischen einem axial beweglichen Bauteil 354 und der Kolbenscheibe 314 realisiert werden.
11 zeigt einen Ausschnitt eines elften Ausführungsbeispiels mit einer Mitnahmevorrichtung, bei der ein hülsenartiger Fortsatz des Rotors 302 einen Fortsatz 220 der Kolbenscheibe umgreift. Dazwischen befindet sich ein Einzelkardan-Gelenk mit zwei Gelenkverbindungen. Einerseits eine Dreh-Gleit-Verbindung mit zwei Partnern und eine dazu um 90° in Drehrichtung versetzte Dreh-Gleit-Verbindung ebenfalls mit zwei Partnern. 11 zeigt eine Lösung mittels vier abgeflachter Zapfen 356, wobei in 11 ein Hauptabschnitt eines Zapfens 356 und ein Fußabschnitt eines weiteren Zapfens 356 gezeigt sind. Jeder Zapfen 356 ist auf einer Seite in einer Bohrung und auf der anderen Seite in einem Langloch 122 geführt. Für die Übertragung der axialen Vorspannkraft ist noch eine Kugelkalotte erforderlich, die beispielsweise zwischen der Triebwelle und der Kolbentrommel positioniert wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß 12 sind als Mitnahmevorrichtung zwei Einzelkardan-Gelenke gemäß 11 und eine Mittelbuchse 432 vorgesehen. Die gleichförmige Drehmomentübertragung des Rotors 402 auf die Kolbentrommel, von der in 12 nur der Fortsatz 220 gezeigt ist, wird dadurch sicher gestellt, dass eine Mittelachse der Mittelbuchse 432 einerseits zur Achse des Rotors 402 und andererseits zur Achse des Fortsatzes 220 und damit der Kolbenscheibe jeweils den gleichen Winkel einnimmt.
13 zeigt ein dreizehntes Ausführungsbeispiel, bei dem die Mitnahmevorrichtung von einem kompakt bauenden Doppelkardan gebildet ist. Zwischen Rotor 402 und dem Fortsatz 220 der Kolbenscheibe befindet sich eine Mittelbuchse 532, die einerseits über zwei Dreh-Gleit-Verbinder 558 mit dem Rotor 402 und andererseits über dazu um 90° versetzt angeordnete Dreh-Gleit-Verbinder 558 mit dem Fortsatz 220 verbunden ist. Jeder Dreh-Gleit-Verbinder 558 hat einen Zapfen, über den er in ein korrespondierendes Loch eingesetzt ist, und einen Gleitstein, der in ein korrespondierendes Langloch 122 eingesetzt ist. Diese Anordnung ermöglicht es, die Langlöcher 122 in der Mittelbuchse 532 um 90° versetzt zu den Löchern einzubringen, so dass die Mittelbuchse 532 kompakt gestaltet werden kann, ohne an Steifigkeit einzubüßen. Die Sicherstellung der Winkelstellung der Mittelbuchse 532 und damit die gleichmäßige Drehmomentübertragung und die Übertragung der axialen Vorspannkraft erfolgen wie beim zwölften Ausführungsbeispiel gemäß 12.
14 zeigt ein vierzehntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine Zylinderhülse 606 zwischen der Kolbenscheibe 314 und dem Rotor 402 dargestellt ist. Jede Zylinderhülse 606 hat an ihrer dem Fortsatz 620 der Kolbenscheibe 314 zugewandten Seite einen radial nach innen gerichteten Vorsprung 660, der sich etwa entlang der Zylinderhülse 606 erstreckt. Am Außenumfang des Fortsatzes 620 sind entsprechende axiale Nuten 662 eingebracht, wobei der Vorsprung 660 der zugeordneten Zylinderhülse 606 in Abhängigkeit ihrer Drehposition in die Nut 662 eintaucht. Dabei wird die Mitnahmevorrichtung von den Vorsprüngen 660 und den Nuten 662 gebildet, ohne dass spezielle Bauteile für die Mitnahme vorgesehen werden müssen.
Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Triebwelle und einer Mehrzahl von Zylinderhülsen, in die zur Begrenzung eines jeweiligen Verdrängerraums einerseits ein kugeliger oder balliger Abschnitt und andererseits ein kugeliger oder balliger Kolben eingesetzt sind. Die Abschnitte sind an einem Rotor befestigt, während die Kolben an einer Kolbenscheibe oder Kolbentrommel befestigt sind. Je nach Ausführung ist bei einer Verstellmaschine mit verstellbarem Hubvolumen die Kolbenscheibe zum Rotor mit verschiedenen Schwenkwinkeln neigbar, oder bei einer Konstantmaschine mit konstantem Hubvolumen ist die Kolbenscheibe stets zum Rotor geneigt. Der Rotor und die Kolbenscheibe sind über eine Mitnahmevorrichtung drehfest aneinander gekoppelt. Diese Kopplung kann auch indirekt über eine Triebwelle der Maschine realisiert sein. Zwischen dem Rotor und der Kolbenscheibe ist ein mit Bezug zu einer Triebwelle axiales Schubgelenk vorgesehen.
Bezugszeichenliste

1: Triebwelle
2; 102; 202; 302; 402: Rotor
4: kugeliger Abschnitt
6; 606: Zylinderhülse
8: kugeliger Kolben
10: Verdrängerraum
12; 312: Hals
14; 114; 214; 314: Kolbenscheibe
15: Druckhülse
16: Nut-Passfeder-Anordnung
116: Verzahnung
120; 220; 620: Fortsatz
122: Langloch
124: Stift
126: Gleitstein
128: Drahtring
130; 330: Zwischenhülse
132; 332; 432; 532: Mittelbuchse
234: Kugel
236: erste Nut
237: zweite Nut
238: Käfig
240: Kugelabschnitt
241: Stift
242: Bahn
244: Kugel
245, 246, 247: Nut
248: Radialzapfen
250: Stift
252: Aussparung
354: axial bewegliches Bauteil
356: Zapfen
558: Dreh-Gleit-Verbinder
660: Vorsprung
662: Nut

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 102007011441 A1 [0003]
DE 102012222850 A1 [0004]
DE 102012222743 A1 [0005]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Triebwelle (1) und mit einer Mehrzahl von Zylinderhülsen (6; 606), in die zur Begrenzung eines jeweiligen Verdrängerraumes (10) ein kugeliger oder balliger Abschnitt (4) und ein kugeliger oder balliger Kolben (8) eingesetzt sind, wobei die Abschnitte (4) an einem Rotor (2; 102; 202; 302; 402) angeordnet sind, und wobei die jeweiligen Kolben (8) an einer Kolbenscheibe (14; 114; 214; 314) angeordnet sind, und wobei die Kolbenscheibe (14; 114; 214; 314) zum Rotor (2; 102; 202; 302; 402) oder der Rotor (2; 102; 202; 302; 402) zur Kobenscheibe (14; 114; 214; 314) neigbar oder geneigt ist, und wobei die Kolbenscheibe (14; 114; 214; 314) und der Rotor (2; 102; 202; 302; 402) über eine Mitnahmevorrichtung drehfest aneinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (2; 102; 202; 302; 402) und der Kolbenscheibe (14; 114; 214; 314) ein axiales Schubgelenk (16; 116) angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, wobei der Rotor (2; 102; 202; 302; 402) senkrecht zur Triebwelle (1) angeordnet und drehfest mit dieser verbunden oder einstückig mit dieser gebildet ist, und wobei die Kolbenscheibe (14; 114; 214; 314) zur Triebwelle (1) neigbar oder geneigt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung ein Gelenk mit einer Querachse hat, wobei entlang der Querachse zwei Zapfen angeordnet sind, die in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten eingesetzt sind, oder wobei entlang der Querachse ein Stift (124) angeordnet ist, der in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher (122) oder Nuten eingesetzt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung zwei Gelenke mit einer jeweiligen Querachse hat, und wobei die beiden Querachsen zueinander um 90 Grad angestellt sind, und wobei entlang jeder Querachse zwei Zapfen (356) angeordnet sind, die in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher (122) oder Nuten eingesetzt sind, oder wobei entlang jeder Querachse ein durchgehender Stift angeordnet ist, der in zwei einander gegenüber liegende axiale Langlöcher oder Nuten eingesetzt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder 4, wobei an Endabschnitte der Zapfen oder an des Stiftes (124) oder der Stifte seitlich abgeflachte Gleitsteine (126) angesetzt sind, die schwenkbar um die Querachse sind, und die in die Langlöcher (122) oder Nuten gleitend eingesetzt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung zumindest ein Kardangelenk aufweist, dessen Mittelteil zwei Querachsen hat, entlang denen sich jeweils zwei Zapfen erstrecken, die in Löcher eingesetzt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, wobei das Mittelteil eine Zwischenhülse (130) ist, die zwischen einem Außenumfang der Triebwelle (1) des oder Rotors (102) und einem Innenumfang der Kolbenscheibe (120) oder ihrem Fortsatz (120) angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mitnahmevorrichtung eine Mittelbuchse (132; 332; 432; 532) hat, die einerseits an der Triebwelle (1) oder am Rotor (102; 302; 402) angelenkt ist, und die anderseits an der Kolbenscheibe (114; 314) oder ihrem Fortsatz (220) angelenkt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, wobei die Mittelbuchse (532) über zwei Dreh-Gleit-Verbinder (558) an die Triebwelle (1) oder an den Rotor (402) und über zwei dazu um 90 Grad versetzte Dreh-Gleit-Verbinder (558) an die Kolbenscheibe oder ihren Fortsatz (220) angelenkt ist, wobei die Dreh-Gleit-Verbinder (558) jeweils einen Gleitstein haben, der in einem axialen Langloch (122) oder einer axialen Nut geführt ist, und wobei die Dreh-Gleit-Verbinder (558) jeweils einen Zapfen haben, der in ein Loch eingesetzt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung von mehren radial nach innen gerichteten Vorsprüngen (660) gebildet ist, die an jeweils einer Zylinderhülse (606) angeordnet sind, und die in axiale Nuten (662) der Kolbenscheibe oder ihres Fortsatzes (620) eingetaucht oder eintauchbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung ein Gleichlaufgelenk ist, das mehrere Kugeln (234) aufweist, wobei jede Kugel (234) in einer ersten und einer zweiten Nut (236, 237) geführt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung mindestens zwei Kugeln (244) oder Kugelabschnitte (240) hat, die jeweils entlang einer ersten zur Triebwelle (1) angestellten Bahn und entlang einer zweiten zu einer Längsachse der Kobenscheibe (214) angestellten Bahn geführt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12 mit einem Stift (241), der sich entlang der ersten Bahn erstreckt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12, wobei jede Kugel (244) entlang der ersten Bahn und entlang der zweiten Bahn über jeweils zwei Nuten (245, 246) geführt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung ein Tripodengelenk mit drei Kugelabschnitten (240) hat, die jeweils auf einem von drei gleichmäßig am Umfang verteilten Radialzapfen (248) der Triebwelle (1) oder des Rotors (202) beweglich geführt sind, und die jeweils in zwei Axialnuten (245, 246, 247) der Kolbenscheibe (214) beweglich geführt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung von den kugeligen oder balligen Abschnitten (4) und von den Zylinderhülsen (6) und von Hälsen (12) der Kolben (8) gebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung mehrere Aussparungen (252) aufweist, in die entsprechende Stifte (250) eintauchbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung eine Bogenverzahnung einerseits an der Triebwelle oder am Rotor und andererseits an der Kolbenscheibe aufweist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mitnahmevorrichtung ein biegeweiches Element aufweist.