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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine herkömmliche hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise hat eine mit einer Triebwelle umlaufende Zylindertrommel, in der auf einem Teilkreis angeordnet und beabstandet zueinander eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet sind. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Arbeitskolben axial beweglich geführt, wobei ein aus der Zylindertrommel herausragender Endabschnitt des Arbeitskolbens, insbesondere ein Kolbenkopf, an einer gegen die Drehachse der Zylindertrommel angestellten Stützvorrichtung abgestützt ist. Die Stützvorrichtung ist über eine Schrägscheibe mit festem oder verstellbarem Schwenkwinkel ausgebildet. Die Kolbenköpfe sind gleitend jeweils über einen Gleitschuh an einer Gleitfläche der Schrägscheibe abgestützt.
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Für Teilzyklen des Betriebes, in denen der Arbeitskolben nicht mit Hochdruck beaufschlagt ist, er aber dennoch aus seiner Zylinderbohrung ausfahren muss, beispielsweise zum Ansaugen von Druckmittel im Pumpenbetrieb, sind die Gleitschuhe über eine sie hintergreifende Rückzugsvorrichtung, insbesondere über eine Rückzugsplatte, zugfest mit der Schrägscheibe verbunden.
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Zur Erfassung einer Drehzahl der Axialkolbenmaschine ist es bekannt, an deren Gehäuse eine Drehzahlerfassungseinheit anzuordnen, die in sensorischer Wirkverbindung mit einem drehfest mit der Zylindertrommel verbundenen, eine umfängliche Verzahnung aufweisenden Drehzahlgeber ist. Derartige Sensoren arbeiten beispielsweise nach dem Hall-Effekt. Mit dem Umlaufen der Außenverzahnung ergeben sich Änderungen eines Magnetfeldes der Drehzahlerfassungseinheit. Diese Änderungen werden erfasst und als Drehzahl ausgewertet.
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Als Drehzahlgeber einer Axialkolbenmaschine mit einer Schrägscheibe mit festem Schwenkwinkel zeigt die Offenlegungsschrift
DE 11 2008 003 624 T5 eine außenumfänglich in die Zylindertrommel gefräste Außenverzahnung. Alternativ dazu ist es möglich, dass auf die Zylindertrommel ein Ring mit Außenverzahnung aufgeschrumpft ist. Eine andere Alternative ist, dass der Ring auf eine Triebwelle der Maschine aufgeschrumpft ist. Eine weitere Möglichkeit ist, die umlaufenden Kolben, beispielsweise deren Kolbenköpfe oder -hälse, als Signalgeber zu verwenden.
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Nachteilig an der in die Zylindertrommel eingefrästen Verzahnung ist ein erheblicher fertigungstechnischer Aufwand. Der auf die Zylindertrommel aufgeschrumpfte Ring mit Außenverzahnung hat den Nachteil, dass die Zylindertrommel und der Ring sehr genau gefertigt sein müssen, so dass die Schrumpfpressverbindung ermöglicht ist. Durch die hohe Vorspannung und die hohe Kerbwirkung der Außenverzahnung kann der Ring im Betrieb jedoch brechen. Die gleichen Nachteile weist der auf die Triebwelle aufgeschrumpfte Ring auf. Bei der Erfassung der Drehzahl über die rotierenden Kolbenköpfe oder Kolbenhälse ist eine Impulsrate im Vergleich zu den verzahnten Varianten deutlich geringer. Dies führt zu einem nur groben Drehzahlsignal.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise zu schaffen, deren Drehzahlerfassung fertigungstechnisch vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 beschrieben.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise hat eine um eine Drehachse drehbare Zylindertrommel, in der mehrere, sich im Wesentlichen in Richtung der Drehachse erstreckende Zylinderbohrungen ausgebildet sind. Die Zylinderbohrungen sind dabei vorzugsweise auf einem Teilkreis und beabstandet zueinander angeordnet. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Arbeitskolben verschieblich aufgenommen, dessen aus der Zylindertrommel herausragender Endabschnitt, insbesondere ein Kolbenkopf, an einer Schrägscheibe mittelbar oder unmittelbar gleitend abgestützt ist. Die Schrägscheibe ist in dem Fall, in dem die Axialkolbenmaschine mit konstantem Verdrängungsvolumen ausgestaltet ist, mit einem festen Schwenkwinkel gegen die Drehachse angestellt. Der Schwenkwinkel ist dabei um eine quer zur Drehachse angeordnete Schwenkachse bemessen. Ist die Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet, so ist die Schrägscheibe mit variablem Schwenkwinkel um die Schwenkachse verschwenkbar. Unabhängig davon, ob die Axialkolbenmaschine mit konstantem oder verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet ist, sind die Endabschnitte der Arbeitskolben über einen mittelbar oder unmittelbar drehfest mit ihnen verbundenen Niederhalter in Richtung der Schrägscheibe mittelbar oder unmittelbar niedergehalten. Erfindungsgemäß weist die Axialkolbenmaschine zur Erfassung ihrer Drehzahl eine am Niederhalter angeordnete, erfassbare Markierung auf.
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Auf diese Weise übernimmt der Niederhalter neben seiner Aufgabe, die Endabschnitte in Richtung der Schrägscheibe nieder zu halten, die zusätzliche Funktion eines Drehzahlgebers zur Drehzahlerfassung. Gegenüber den vorbeschriebenen Drehzahlgebern des Standes der Technik erweist sich die Ausbildung der erfassbaren Markierung am Niederhalter als fertigungstechnisch bedeutend einfacher.
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Besonders bevorzugt ist die Markierung außenumfänglich am Niederhalter angeordnet, so dass sie von einer Drehzahlerfassungseinheit der Axialkolbenmaschine von radial außen leicht erfassbar ist.
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Vorzugsweise ist die Schrägscheibe über eine Schwenkwiege, die schwenkbar in einem Gehäuse der Axialkolbenmaschine gelagert ist, ausgebildet.
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Mit fertigungstechnisch geringem Aufwand ist die Markierung über eine Außenverzahnung der Zugvorrichtung ausgebildet. Diese weist wenigstens einen Zahn oder wenigstens eine Zahnlücke auf.
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Der Niederhalter ist vorzugsweise über eine Rückzugsplatte ausgebildet, von der die Endabschnitte, insbesondere die Kolbenköpfe der Arbeitskolben, oder Gleitschuhe, in denen die Endabschnitte aufgenommen sind, hintergriffen sind. Das Anbringen der Außenverzahnung an der Rückzugsplatte erweist sich als fertigungstechnisch einfach.
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Vorzugsweise weist die Axialkolbenmaschine die Drehzahlerfassungseinheit auf, über die die Markierung erfassbar ist. Zur Erfassung der Drehzahl hat die Drehzahlerfassungseinheit vorzugsweise wenigstens einen Hallsensor, dessen Magnetfeld sich in Abhängigkeit der umlaufenden Markierung oder Außenverzahnung ändert, woraus die Drehzahl ermittelbar ist.
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Vorzugsweise ist ein Wandungsabschnitt des Gehäuses der Axialkolbenmaschine von der Drehzahlerfassungseinheit zumindest abschnittsweise durchgriffen.
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Insbesondere in dem Fall, in dem die Axialkolbenmaschine mit variablem, verstellbarem Schwenkwinkel ausgebildet ist, ist die Drehzahlerfassungseinheit in einer bevorzugten Weiterbildung derart ausgestaltet, dass über sie ein aus dem Schwenkwinkel resultierender Drehzahlfehler kompensierbar ist.
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Die Drehzahlerfassungseinheit kann beispielsweise über einen Drehzahlsensor DSM, wie er im Datenblatt RD95132 der Anmelderin beschrieben ist, ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt ist eine Erfassungs- oder Messrichtung der Drehzahlerfassungseinheit etwa parallel zur Schwenkachse. Unabhängig von der Bauweise der Axialkolbenmaschine – ob mit festem oder mit variablem Schwenkwinkel – ergibt sich daraus eine günstige Einbaulage der Drehzahlerfassungseinheit und ein bestehendes Standardgehäuse der Axialkolbenmaschine kann auf einfache Weise um eine zur Drehachse im Wesentlichen radiale Durchgangsausnehmung zur Aufnahme der Drehzahlerfassungseinheit ergänzt werden. Für den Fall der Axialkolbenmaschine mit variablem Schwenkwinkel ergibt sich aus der genannten Parallelität der besondere Vorteil, dass sich mit dem Verschwenken der Schrägscheibe ein Abstand der Markierung oder Außenverzahnung zu einem in Messrichtung angeordneten Messraum der Drehzahlerfassungseinheit am geringfügigsten ändert. Umgekehrt ist diese Änderung umso größer, je stärker die Messrichtung gegen die Schwenkachse angestellt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Axialkolbenmaschine derart ausgestaltet, dass der in Messrichtung angeordnete Messraum von der Markierung, insbesondere der Außenverzahnung, bei drehender Zylindertrommel zumindest abschnittsweise durchquerbar ist. Für die mit variablem Schwenkwinkel ausgestaltete Axialkolbenmaschine ist der Messraum vorzugsweise unabhängig vom variablen Schwenkwinkel zumindest abschnittsweise durchquerbar. Dies betrifft vorzugsweise für ein bestimmungsgemäßes Schwenkwinkelintervall, innerhalb dem die Schrägscheibe verschwenkbar ist. Das Schwenkwinkelintervall erstreckt sich vorzugsweise zwischen etwa 0° und 15° bis 25° bei einseitig verschwenkbarer Schrägscheibe, und zwischen etwa –25° bis –15° und 15° bis 25° bei durchschwenkbarer Schrägscheibe.
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Beste Messeigenschaften sind gegeben, wenn in einer Weiterbildung die Drehzahlerfassungseinheit so positioniert ist, dass ihre Messrichtung etwa koaxial zur Schwenkachse angeordnet ist, und wenn insbesondere die Messrichtung den Niederhalter schneidet oder zumindest tangiert.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen durch die Achse der triebwelle gehenden Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine,
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2 eine Drehzahlerfassungseinheit der Axialkolbenmaschine gemäß 1 in einer Detailansicht und
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3 die Axialkolbenmaschine in einem durch die Triebwelle geführten und gegenüber 1 um einen Quadranten gedrehten Längsschnitt.
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Gemäß 1 hat eine Axialkolbenmaschine 1 ein Gehäuse 2, in dem eine um eine Drehachse 4 drehbare Triebwelle 6 drehbar gelagert ist. Drehfest mit der Triebwelle 6 verbunden ist eine Zylindertrommel 8, in der mehrere sich im Wesentlichen in Richtung der Drehachse 4 erstreckende Zylinderbohrungen 10 ausgebildet sind. In den Zylinderbohrungen 10 ist jeweils ein Arbeitskolben 12 axial verschieblich aufgenommen. Über die Zylinder-Kolbeneinheiten 10, 12 ist jeweils ein hydrostatischer Arbeitsraum 14 begrenzt, der über eine gehäusefest angeordnete Steuerscheibe 16 bei drehender Triebwelle 6 alternierend mit einem Hochdruckanschluss 18 und einem Niederdruckanschluss 20 der Axialkolbenmaschine 1 fluidisch verbindbar ist. Des Weiteren hat die Axialkolbenmaschine 1 einen als Innenzahnradmaschine ausgebildete Ladepumpe 22, deren hohle Triebwelle 24 drehfest mit der Triebwelle 6 verbunden ist.
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Aus der Zylindertrommel 8 herausragende Kugelköpfe 26 der Arbeitskolben 12 sind jeweils mit einem Gleitschuh 28 zu einem Kugelgelenk verbunden. Die Gleitschuhe 28 sind an einer Gleitfläche 30 einer um eine Schwenkachse 32 verschwenkbaren Schwenkwiege 34 gleitend abgestützt. Für Teilzyklen im Umlauf der Zylindertrommel 8, in denen Arbeitsräume 14 nicht mit dem Hochdruckanschluss 18 verbunden sind, aber die Arbeitskolben 12 dennoch aus den Zylinderbohrungen 10 ausfahren müssen, beispielsweise zum Ansaugen von Druckmittel im Pumpenbetrieb, sind die Gleitschuhe 28 über einen als Rückzugsplatte ausgebildeten Niederhalter 36 auf der Gleitfläche 30 niedergehalten.
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Die Axialkolbenmaschine 1 hat einen Stellzylinder 38, der mit einem Hebelarm 40 der Schwenkwiege 34 gekoppelt ist, und über den die Schwenkwiege 34 um die Schwenkachse 32 verschwenkbar ist. Die Schwenkwiege 34 ist über zwei Wälzlager 42 im Gehäuse 2 verschwenkbar gelagert. Die bis hierher beschriebene Axialkolbenmaschine 1 ist, bis auf die nun folgenden erfindungsgemäßen Merkmale, hinreichend bekannt, so dass sich die nachfolgende Beschreibung lediglich auf die erfindungsgemäßen Merkmale beschränkt. Für eine eingehendere Beschreibung der bekannten Merkmale der Axialkolbenmaschine 1 sei beispielsweise auf das Datenblatt RD92003-01-B der Anmelderin verwiesen.
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Gemäß 2 ist eine Umgebung einer Drehzahlerfassungseinheit 44 der Axialkolbenmaschine 1 zum besseren Verständnis als vergrößertes Detail dargestellt. Die Drehzahlerfassungseinheit 44 ist nach dem Hall-Prinzip ausgestaltet. Verwendung findet im gezeigten Ausführungsbeispiel ein DSM-Drehzahlsensor, wie er im Datenblatt RD95132 der Anmelderin beschrieben ist. Dessen Sensorkopf 46 ist in eine Durchgangsausnehmung 50 eines Wandungsabschnittes 48 des Gehäuses 2 eingesetzt. Am Sensorkopf 46 ist in eine außenumfängliche Nut ein O-Ring 52 eingesetzt, über den ein Innenraum 54 der Axialkolbenmaschine 1 an dieser Stelle druckmitteldicht gegen eine Umgebung 56 abgedichtet ist.
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Der Sensorkopf 46 hat eine Messrichtung 58, um die herum sich vom Sensorkopf 46 ausgehend ein bestimmungsgemäßer Messraum 62 der Drehzahlerfassungseinheit 44 im Wesentlichen zylindrisch und koaxial erstreckt. Außenumfänglich am als Rückzugsplatte ausgestalteten Niederhalter 36 ist eine Außenverzahnung 64 mit einer Vielzahl von Zähnen ausgebildet. Diese repräsentieren eine von der Drehzahlerfassungseinheit 44 bei drehender Zylindertrommel 8 erfassbare Markierung. Wie bereits erwähnt, ergeben sich bei drehender Zylindertrommel 8 aufgrund dessen, dass die Außenverzahnung 64 den Messraum 62 durchquert, Änderungen des Magnetfeldes der Drehzahlerfassungseinheit 44, aus denen die Drehzahl ermittelbar ist. Gemäß 2 ist die Messrichtung 58 etwa koaxial zur Schwenkachse 32 angeordnet und die Schwenkachse 32 fällt mit einer Oberseite 66 des Niederhalters 36 zusammen. Daraus folgt, dass die Außenverzahnung 64 unabhängig vom Schwenkwinkel der Schrägscheibe 34 immer den Messraum 62 der Drehzahlerfassungseinheit 44 durchquert und eine fehlerfreie Erfassung der Drehzahl ermöglicht ist. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Abstand des im Ausführungsbeispiel verwendeten Sensorkopfes 46 zu einem Scheitel der Außenverzahnung 64 vorzugsweise mindestens etwa 1,5 und maximal etwa 3 mm beträgt. Dieser Abstand ist in den 1 und 2 aus Gründen der Anschaulichkeit etwas vergrößert dargestellt.
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3 zeigt die Axialkolbenmaschine 1 in einem durch die Drehachse 4 geführten Längsschnitt, der gegenüber demjenigen der 1 und 2 um die Drehachse 4 um einen Quadranten gedreht ist. Demzufolge ergibt sich eine Betrachtungsrichtung parallel zur Messrichtung 58, beziehungsweise Schwenkachse 32. Gut zu erkennen ist das bestimmungsgemäße Schwenkwinkelintervall von –α (etwa –18°) bis +α (etwa +18°), innerhalb dem die Schwenkwiege 34 verschwenkbar ist. In 3 ist der Messraum 62 gemäß 2 als strichpunktierter und mit Kreuzschraffur gefüllter Kreis gekennzeichnet. Die Achsen 32, 58 durchstoßen diesen Kreis etwa konzentrisch. Gut zu erkennen ist, dass aufgrund der Koaxialität der beiden Achsen 32, 58 und einer Koinzidenz der Schwenkachse 32 mit der Oberseite 66 des Niederhalters 36 sichergestellt ist, dass unabhängig vom Schwenkwinkel α die Außenverzahnung 64 immer den Messraum 62 durchquert.
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Zu erwähnen ist, dass der Niederhalter 36 über einen drehfest mit der Zylindertrommel verbundenen, hohlen Kalottenabschnitt 68 in axialer Richtung mit einer Kraft beaufschlagt ist, aus der sich eine Niederhaltekraft ergibt. Der Kalottenabschnitt 68 ist über eine Federvorrichtung an einer Radialschulter der Zylindertrommel 8 abgestützt.
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Abweichend vom gezeigten kann die Drehzahlerfassungseinheit auf einem anderen bekannten Wirkprinzip als dem Hall-Effekt beruhend ausgestaltet sein. Die Markierung am Niederhalter ist dann natürlich an das jeweilige Wirkprinzip angepasst. Beispielhaft sei eine optische Erfassung einer am Niederhalter angeordneten optisch erfassbaren Markierung genannt.
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Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer drehbaren Zylindertrommel und einer drehfest mit der Zylindertrommel verbunden Markierung zur Erfassung einer Drehzahl. Dabei ist die Markierung an einem Niederhalter angeordnet, über den Endabschnitte von Arbeitskolben der Axialkolbenmaschine auf eine Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine mittelbar oder unmittelbar niedergehalten sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Axialkolbenmaschine
- 2
- Gehäuse
- 4
- Drehachse
- 6
- Drehwelle
- 8
- Zylindertrommel
- 10
- Zylinderbohrung
- 12
- Arbeitskolben
- 14
- Arbeitsraum
- 16
- Steuerscheibe
- 18
- Hochdruckanschluss
- 20
- Niederdruckanschluss
- 22
- Innenzahnringmaschine
- 24
- Hohlwelle
- 26
- Kugelkopf
- 28
- Gleitschuh
- 30
- Gleitfläche
- 32
- Schwenkachse
- 34
- Schwenkwiege
- 36
- Niederhalter
- 38
- Stellzylinder
- 40
- Hebelarm
- 42
- Wälzlager
- 44
- Drehzahlerfassungseinheit
- 46
- Sensorkopf
- 48
- Wandungsabschnitt
- 50
- Durchgangsausnehmung
- 52
- O-Ring
- 54
- Innenraum
- 56
- Umgebung
- 58
- Messrichtung
- 62
- Messraum
- 64
- Außenverzahnung
- 66
- Oberseite
- 68
- Kalottenabschnitt
- α
- Schwenkwinkel
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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 112008003624 T5 [0005]
