DE102015100620A1

DE102015100620A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit einem Gleichlaufgelenk zur Mitnahme der Zylindertrommel

Info

Publication number: DE102015100620A1
Application number: DE102015100620.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Bergmann
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Priority date: 2015-01-16
Filing date: 2015-01-16
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine (1) in Schrägachsenbauweise mit einer um eine Rotationsachse (Rt) drehbar angeordneten Triebwelle (4), die mit einem Triebflansch (3) versehen ist, und einer um eine Rotationsachse (Rz) drehbar angeordneten Zylindertrommel (7), wobei zwischen der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel (7) ein als Gleichlaufgelenk ausgebildetes Mitnahmegelenk (30) zur drehsynchronen Drehung der Zylindertrommel (7) und der Triebwelle (4) angeordnet ist, wobei die Axialkolbenmaschine (1) in beide Rotationsrichtungen der Zylindertrommel (7) betreibbar ist. Das Mitnahmegelenk (30) weist ein erstes Mitnahmekörperpaar mit zwei Halbkörpern (M1a, M1b) für die Mitnahme der Zylindertrommel (7) in einer ersten Rotationsrichtung und ein zweites Mitnahmekörperpaar mit zwei Halbkörpern (M2a, M2b) für die Mitnahme der Zylindertrommel (7) in einer zweiten Rotationsrichtung auf, wobei die beiden Halbkörper (M1a, M1b; M2a, M2b) jedes Mitnahmekörperpaars (M1; M2) abwechselnd in der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel (7) angeordnet sind und mittels Berührflächen (BF) aneinanderliegen. An Seitenflächen (100a, 100b) einer gabelförmigen Ausnehmung (100) ist jeweils eine Bettung (B1; B2) für einen der beiden Halbkörper (M1a, M2a; M1b, M2b) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet. Ein in die gabelförmige Ausnehmung (100) eintauchender Mitnehmerarm (101) ist an den Außenflächen (101a, 101b) jeweils mit einer Bettung (B2; B1) für den anderen der beiden Halbkörper (M1b, M2b; M1a, M2a) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit einer um eine Rotationsachse drehbar angeordneten Triebwelle, die mit einem Triebflansch versehen ist, und einer um eine Rotationsachse drehbar angeordneten Zylindertrommel, wobei die Zylindertrommel mit mehreren konzentrisch zur Rotationsachse der Zylindertrommel angeordneten Kolbenausnehmungen versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben an dem Triebflansch gelenkig befestigt sind, und wobei zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel ein als Gleichlaufgelenk ausgebildetes Mitnahmegelenk zur drehsynchronen Drehung der Zylindertrommel und der Triebwelle angeordnet ist, wobei die Axialkolbenmaschine in beide Rotationsrichtungen der Zylindertrommel betreibbar ist.
Bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise sind die in der Zylindertrommel längsverschiebbar angeordneten Kolben in der Regel mittels eines Kugelgelenks an dem Triebflansch einer Triebwelle befestigt. Die Kolbenkräfte stützen sich hierbei über die Kolben auf dem an der Triebwelle befindlichen Triebflansch ab und erzeugen ein Drehmoment. Bei Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise erfolgt prinzipbedingt bei einer Drehung keine Mitnahme der Zylindertrommel mit den darin angeordneten Kolben.
Für die Mitnahme der Zylindertrommel ist ein Mitnahmegelenk erforderlich, das zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordnet ist.
Gewünscht ist, dass während einer Drehung der Triebwelle eine möglichst synchrone Mitnahme und Drehung der Zylindertrommel erfolgt. Bei einer ungleichförmigen Drehung der Zylindertrommel würde durch das Trägheitsmoment der Zylindertrommel mit den darin angeordneten Kolben ein ungleichförmiges Drehmoment an der Triebwelle entstehen. Ein ungleichförmiges Drehmoment kann zu festigkeitskritischen Bauteilbelastungen der Axialkolbenmaschine führen. Zudem können aufgrund eines ungleichförmigen Drehmoments in einem mit der Axialkolbenmaschine versehenen Antriebsstrang unerwünschte Geräusche auftreten.
Um eine synchrone Drehung der Zylindertrommel und der Triebwelle zu erzielen, werden bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise Gleichlaufgelenke als Mitnahmegelenk zur drehsynchronen Mitnahme der Zylindertrommel eingesetzt. Bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise werden hierzu Gleichlaufgelenke nach dem Rzeppa-Prinzip, bei denen als Kugeln ausgeführte Wälzkörper, die in nutenförmigen Laufbahnen des Triebflansches und der Zylindertrommel laufen, das Drehmoment zwischen Triebwelle und Zylindertrommel zur Mitnahme der Zylindertrommel übertragen, oder nach dem Tripoden-Prinzip eingesetzt, bei dem zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle eine Koppelwelle angeordnet ist, die an den beiden Wellenenden mit fingerartigen Lagerzapfen versehen ist, an den Wälzkörper in Form von Rollen gelagert sind, die in entsprechenden Laufbahnen an dem Triebflansch und der Zylindertrommel laufen und das Drehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel übertragen. Eine Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise mit einem Gleichlaufgelenk nach dem Rzeppa-Prinzip ist beispielsweise aus der DE 38 00 031 C2 bekannt. Derartige Gleichlaufgelenke nach dem Rzeppa-Prinzip oder nach dem Tripoden-Prinzip ermöglichen zwar eine drehsynchrone Mitnahme der Zylindertrommel, verursachen jedoch aufgrund der aufwändig herzustellenden Laufbahnen für die Kugeln bzw. Rollen einen hohen Bauaufwand. Zudem können bei entsprechende hohen zu übertragenden Drehmomenten bei der Mitnahme der Zylindertrommel an den als Kugeln oder Rollen ausgebildeten Wälzkörpern bei derartigen Gleichlaufgelenken hohe Hertzsche Pressungen auftreten, die eine tiefe Aufhärtung der Laufbahnen erfordern. Bei der erforderlichen Aufhärtung der mit den Laufbahnen für die Wälzkörper versehenen Bauteile durch eine geeignete Wärmebehandlung tritt eine Maßänderung an den gehärteten und mit den Laufbahnen versehenen Bauteilen auf, die eine aufwändige mechanische Nacharbeit der gehärteten Bauteilen nach sich zieht, so dass derartige Gleichlaufgelenke nach dem Rzeppa-Prinzip oder Tripoden-Prinzip zu einem hohen Herstellaufwand der Schrägachsenmaschine führen.
Bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise besteht ein weiterer Nachteil darin, dass die Triebwelle nicht durch die Axialkolbenmaschine hindurchgeführt werden kann, da die Gleichlaufgelenke nach dem Rzeppa-Prinzip oder nach dem Tripoden-Prinzip im Schnittpunkt der Rotationsache der Zylindertrommel mit der Rotationsachse der Triebwelle angeordnet sind. Bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise kann somit bei der Ausführung als Motor der Abtrieb des Drehmoment bzw. bei der Ausführung als Pumpe der Antrieb durch ein Drehmoment nur an einer Seite erfolgen, wodurch die Anwendungen der Axialkolbenmaschine eingeschränkt werden. Für Anwendungen einer Schrägachsenmaschine, bei denen ein Abtrieb nach beiden Seiten oder ein Drehmoment für einen weiteren Verbraucher durch die Axialkolbenmaschine hindurchgeführt werden soll, sind bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise zusätzliche Bauteile, beispielsweise Verteilergetriebe erforderlich, um eine universelle Anwendung der Axialkolbenmaschine zu ermöglichen.
Bei bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise, bei denen ein Gleichlaufgelenk nach dem Rzeppa-Prinzip oder nach dem Tripoden-Prinzip zur Mitnahme der Zylindertrommel eingesetzt wird, ist weiterhin nachteilig, dass die mit dem Triebflansch versehene Lagerung der Triebwelle in einem Gehäuse der Axialkolbenmaschine fliegend ausgeführt werden muss, wodurch die Baulänge der Axialkolbenmaschine durch die erforderliche Lagerbasis der beiden Lager der Triebwelle vergrößert wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, die eine exakte drehsynchrone Mitnahme der Zylindertrommel mit geringem Bauaufwand für das Mitnahmegelenk aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Mitnahmegelenk ein erstes Mitnahmekörperpaar mit zwei Halbkörpern für die Mitnahme der Zylindertrommel in einer ersten Rotationsrichtung und ein zweites Mitnahmekörperpaar mit zwei Halbkörpern für die Mitnahme der Zylindertrommel in einer zweiten Rotationsrichtung aufweist, wobei die beiden Halbkörper jedes Mitnahmekörperpaars abwechselnd in der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordnet sind und mittels Berührflächen aneinanderliegen, wobei jedes Mitnahmekörperpaar einen zu der Zylindertrommel gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper und einen zu der Triebwelle gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper aufweist, wobei der zylindertrommelseitige Halbkörper jedes Mitnahmekörperpaars in einer Bettung der Zylindertrommel und der triebwellenseitige Halbkörper jedes Mitnahmekörperpaars in einer Bettung der Triebwelle aufgenommen ist, wobei eine gabelförmige Ausnehmung vorgesehen ist, an deren Seitenflächen jeweils eine Bettung für einen der beiden Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet ist, und ein in die gabelförmige Ausnehmung eintauchender Mitnehmerarm vorgesehen ist, an dessen Außenflächen jeweils eine Bettung für den anderen der beiden Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise weist somit zur Mitnahme der Zylindertrommel in jeder der beiden Rotationsrichtungen ein Mitnahmekörperpaar mit zwei Halbkörpern auf, die abwechselnd in der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordnet sind und mittels Berührflächen aneinanderliegen. Jedes Mitnahmekörperpaar weist hierbei jeweils einen zu der Zylindertrommel gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper und einen zu der Triebwelle gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper auf, wobei der zylindertrommelseitige Halbkörper des Mitnahmekörperpaars in einer Bettung der Zylindertrommel und der triebwellenseitige Halbkörper des Mitnahmekörperpaars in einer Bettung der Triebwelle aufgenommen ist.
Mit einem derartigen, aus Mitnahmekörperpaaren bestehenden Mitnahmegelenk kann mit geringem Bauaufwand für das Mitnahmegelenk eine Mitnahme der Zylindertrommel bei einer Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise erzielt werden. Ein derartiges aus Mitnahmekörperpaaren bestehendes Mitnahmegelenk zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel kann auf einfache Weise durch entsprechende geometrische Auslegung als homokinetisches Gleichlaufgelenk ausgeführt werden, bei dem eine exakte und gleichförmige Mitnahme der Zylindertrommel erfolgt. Zudem kann bei einem derartigen zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordneten Mitnahmegelenk für die Mitnahme der Zylindertrommel auf einfache Weise die Triebwelle durch die Axialkolbenmaschine in axialer Richtung hindurchgeführt werden, so dass die Triebwelle beidseitig der Zylindertrommel gelagert werden kann und/oder die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine für universelle Anwendungen geeignet ist, bei denen durch eine Durchtriebsmöglichkeit ein Drehmomentabgriff an beiden Seiten der Triebwelle gewünscht ist oder ein Drehmoment zum Antrieb eines weiteren Verbrauchers durch die Axialkolbenmaschine hindurchgeführt werden soll.
Jedes Mitnahmekörperpaar des erfindungsgemäßen Mitnahmegelenks ist von zwei Halbkörpern gebildet, wobei die Halbkörper an den Berührflächen unter Ausbildung einer Flächenberührung aneinanderliegen und an den Berührflächen die Kraftübertragung über eine Flächenberührung zwischen den ebenen Flächen der Halbkörper erfolgt. Die Halbkörper sind somit jeweils paarweise angeordnet. Mit derartigen Mitnahmekörperpaaren können die Kräfte und somit das Drehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel mit geringem Bauaufwand übertragen werden, da die Halbkörper einfach und kostengünstig herstellbar sind. Dadurch dass die Kontaktflächen zwischen den beiden Halbkörpern eines Mitnahmekörperpaares als ebene Gleitflächen ausgebildet sind und eine Flächenberührung zwischen den beiden Halbkörpern eines Mitnahmekörperpaares zur Kraftübertragung auftritt, entstehen auch bei hohen zu übertragenden Kräften bei der Mitnahme der Zylindertrommel geringe Hertzsche Pressungen. Das von entsprechenden Mitnahmekörperpaaren gebildete Mitnahmegelenk ist somit weiterhin robust gegen eine Überlast, die beispielsweise durch eine hohe Drehbeschleunigung entstehen kann. Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine als Hydromotor kann somit die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine auch bei Anwendungen mit hohen Drehbeschleunigungen eingesetzt werden. Der Herstellaufwand für die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägachsenmaschine kann somit aufgrund des einfach herzustellenden Mitnahmegelenks gesenkt werden.
Der Bauaufwand für das Mitnahmegelenk der Zylindertrommel wird weiterhin noch dadurch vereinfacht, dass erfindungsgemäß an der gabelförmige Ausnehmung an den beiden Seitenflächen jeweils eine Bettung für einen der beiden Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet ist und in die gabelförmige Ausnehmung ein Mitnehmerarm eintaucht, an dessen beiden Außenflächen jeweils eine Bettung für den anderen der beiden Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet ist. Da an jeder Seitenfläche der gabelförmigen Ausnehmung und an jeder Außenfläche des Mitnehmerarms Bettungen für die Halbkörper ausgebildet sind, ist somit das erste Mitnahmekörperpaar für die Mitnahme der Zylindertrommel in der ersten Rotationsrichtung an einer ersten Seite des Mitnehmerarms und das zweite Mitnahmekörperpaar für die Mitnahme der Zylindertrommel in der zweiten Rotationsrichtung an einer zweiten Seite des Mitnehmerarms angeordnet. Für die beiden Mitnahmekörperpaare, die jeweils in eine Rotationsrichtung die Mitnahme der Zylindertrommel sicherstellen, ist somit nur ein einziger Mitnehmerarm erforderlich, der in die gabelförmige Ausnehmung eintaucht. Eine Mitnahme der Zylindertrommel in beide Rotationsrichtungen wird somit mit einem einzigen, beispielsweise zapfenförmigen Mitnehmerarm möglich, der die zugeordneten Halbkörper beider Mitnahmekörperpaare trägt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die gabelförmige Ausnehmung an der Zylindertrommel ausgebildet, wobei an den beiden Seitenflächen der gabelförmigen Ausnehmung die Bettungen für die zylindertrommelseitigen Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet sind, und ist der Mitnehmerarm an der Triebwelle angeordnet, wobei an den beiden Außenflächen des Mitnehmerarms die Bettungen für die triebwellenseitigen Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet sind. Der zapfenförmige Mitnehmerarm für die beiden Mitnahmekörperpaare ist somit an der Triebwelle ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Mitnehmerarm einstückig an der Triebwelle ausgebildet. Hierdurch kann der Bauaufwand für das erfindungsgemäße Mitnahmegelenk weiter vereinfacht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist die gabelförmige Ausnehmung an der Triebwelle ausgebildet, wobei an den beiden Seitenflächen der gabelförmigen Ausnehmung die Bettungen für die triebwellenseitigen Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet sind, und ist der Mitnehmerarm an der Zylindertrommel angeordnet, wobei an den beiden Außenflächen des Mitnehmerarms die Bettungen für die zylindertrommelseitigen Halbkörper der beiden Mitnahmekörperpaare ausgebildet sind. Der zapfenförmige Mitnehmerarm für die beiden Mitnahmekörperpaare ist somit an der Zylindertrommel ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Mitnehmerarm einstückig an der Zylindertrommel ausgebildet. Hierdurch kann der Bauaufwand für das erfindungsgemäße Mitnahmegelenk weiter vereinfacht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Mitnahmegelenk als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk ausgebildet, das Walzenpaare als Mitnahmekörperpaare mit zwei halbzylindrischen Halbwalzen als Halbkörper aufweist, wobei die halbzylindrischen Halbwalzen bis zu einer Rotationsachse abgeflacht sind und die Halbwalzen an den abgeflachten Seiten ebene Gleitflächen als Berührflächen bilden, an denen die Halbwalzen des Walzenpaares unter Ausbildung einer Flächenberührung aneinanderliegen. Mit einem als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk ausgebildeten Mitnahmegelenk kann mit besonders geringem Bauaufwand für das Mitnahmegelenk eine Mitnahme der Zylindertrommel bei einer Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise erzielt werden. Ein derartiges Kegelstrahl-Halbwalzengelenk zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel kann auf einfache Weise durch entsprechende geometrische Auslegung als homokinetisches Gleichlaufgelenk ausgeführt werden, bei dem eine exakte und gleichförmige und somit drehsynchrone Mitnahme der Zylindertrommel erfolgt. Zudem kann bei einem zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordneten Kegelstrahl-Halbwalzengelenk als Mitnahmegelenk für die Mitnahme der Zylindertrommel auf einfache Weise die Triebwelle durch die Zylindertrommel bzw. die Axialkolbenmaschine in axialer Richtung hindurchgeführt werden, um die Triebwelle beidseitig der Zylindertrommel lagern zu können und/oder über die Triebwelle einen Drehmomentdurchtrieb zu ermöglichen. Bei einem Kegelstrahl-Halbwalzengelenk sind die Halbwalzen jedes Walzenpaares jeweils paarweise angeordnet. Die Halbwalzen eines Walzenpaares des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks sind im Wesentlichen von bis zur Rotationsachse und somit bis zu der Längsachse abgeflachten zylindrischen Körpern gebildet. Durch die Abflachung entstehen an den abgeflachten Seiten der Halbwalzen ebene Gleitflächen als Kontaktflächen, an denen die beiden Halbwalzen eines Walzenpaares aneinanderliegen und an denen die Kraftübertragung über eine Flächenberührung zwischen den ebenen Flächen erfolgt. Mit derartigen Walzenpaaren, die jeweils aus zwei halbzylindrischen Halbwalzen als Mitnahmekörper bestehen, deren Halbwalzen bis zu einer Rotationsachse und somit der Längsachse der Halbwalzen abgeflacht sind und die an den abgeflachten Seiten unter Ausbildung einer Flächenberührung aneinander liegen und ebene Gleitflächen bilden, können die Kräfte und somit das Drehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel mit geringem Bauaufwand übertragen werden, da die Halbwalzen einfach und kostengünstig herstellbar sind. Dadurch dass die Kontaktflächen zwischen den beiden Halbwalzen eines Walzenpaares als ebene Gleitflächen ausgebildet sind und eine Flächenberührung zwischen den beiden Halbwalzen eines Walzenpaares zur Kraftübertragung auftritt, entstehen auch bei hohen zu übertragenden Kräften bei der Mitnahme der Zylindertrommel geringe Hertzsche Pressungen. Das von entsprechenden Walzenpaaren gebildete Kegelstrahl-Halbwalzengelenk ist somit weiterhin robust gegen eine Überlast, die beispielsweise durch eine hohe Drehbeschleunigung entstehen kann. Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine als Hydromotor kann somit die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine auch bei Anwendungen mit hohen Drehbeschleunigungen eingesetzt werden. Durch die Ausbildung einer Flächenberührung im Bereich der Kontaktflächen der beiden Halbwalzen eines Walzenpaares genügt an den Halbwalzen des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks eine Behandlung der abgeflachten Seiten hinsichtlich eines Verschleißschutzes. Bei einer derartigen Behandlung mit einer begrenzten Oberflächenhärtung treten lediglich geringfügige, verfahrensbedingte Änderung der Bauteilmaße der Halbkörper auf, so dass eine mechanische Nacharbeit der Halbkörper nicht erforderlich ist.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Halbkörper, insbesondere die Halbwalzen, in radialer Richtung innerhalb der Kolben und beabstandet von den Rotationsachsen der Triebwelle und der Zylindertrommel angeordnet sind. Das bevorzugt als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk ausgebildete Mitnahmegelenk ist somit innerhalb des Kranzes und des Teilkreises der Kolben angeordnet, wodurch eine bauraumsparende Ausführung der Axialkolbenmaschine erzielbar ist. Zudem weisen die bevorzugt als Halbwalzen der Walzenpaare ausgebildeten Halbkörper der Mitnahmekörperpaare senkrechte Abstände zu der Rotationachse der Triebwelle und der Rotationsachse der Zylindertrommel auf, so dass an den von den ebenen Gleitflächen gebildeten Kontaktflächen das Drehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel übertragen werden kann. Diese Anordnung der Halbwalzen des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks ermöglicht es ebenfalls auf einfache Weise, die Triebwelle durch die Zylindertrommel und die Axialkolbenmaschine hindurchzuführen und eine Durchtriebsmöglichkeit zu schaffen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist jedes Walzenpaar eine zu der Zylindertrommel gehörige zylindertrommelseitige Halbwalze und eine zu der Triebwelle gehörige triebwellenseitige Halbwalze auf, wobei die zylindertrommelseitige Halbwalze eines Walzenpaares in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, zylindertrommelseitigen Aufnahme als Bettung und die triebwellenseitige Halbwalze eines Walzenpaares in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, triebwellenseitigen Aufnahme als Bettung aufgenommen ist. Mit derartigen Walzenpaaren können die Kräfte und ein Drehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel auf einfache Weise übertragen werden. Die zylindrischen Aufnahmen, in denen die entsprechenden Halbwalzen aufgenommen und gebettet sind, können auf einfache Weise und mit geringem Herstellaufwand an der Triebwelle und der Zylindertrommel hergestellt werden, wodurch in Verbindung mit den einfach und kostengünstig herzustellenden Halbwalzen das Mitnahmegelenk für die Mitnahme der Zylindertrommel einen geringen Herstellungsaufwand verursacht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel eine von einem Kugelsegment und einer Kugelkalotte gebildete kugelförmige Führung zur Lagerung der Zylindertrommel ausgebildet. Mit einer kugelförmigen Führung, die von einem Kugelsegment an der Triebwelle und einem hohlkugelförmigen Kugelkalotte an der Zylindertrommel gebildet ist, kann auf einfache Weise bei einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Zylindertrommel zentriert und gelagert werden. Die Zylindertrommel wird somit in radialer Richtung durch die kugelförmige Führung auf der Triebwelle geführt. Zudem wird hierdurch erzielt, dass die zwischen dem Mitnahmegelenk und der Triebwelle angeordneten Halbkörperpaare des Mitnahmegelenks im Bereich der kugelförmigen Führung angeordnet sind, wodurch eine bauraumsparende Ausführung der Axialkolbenmaschine erzielt wird. Die kugelförmige Führung der Zylindertrommel auf der Triebwelle ermöglicht es weiterhin auf einfache Weise, die Triebwelle durch die Zylindertrommel hindurchzuführen.
Besondere Vorteile ergeben sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Kugelsegment an der Triebwelle in Längsrichtung einer Rotationsachse der Triebwelle längsverschiebbar angeordnet ist und die Kugelkalotte an einem hohlkugelförmigen Abschnitt der Zylindertrommel ausgebildet ist, wobei zwischen der Triebwelle und dem Kugelsegment eine Federeinrichtung angeordnet ist, die die Zylindertrommel an eine Steuerfläche anpresst. Hierdurch kann mit geringem Bauaufwand eine Anpressung der Zylindertrommel an eine Steuerfläche erzielt werden.
Die Federeinrichtung ist hierbei zweckmäßigerweise von zumindest einer Druckfeder gebildet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise in einem Längsschnitt,
2 einen Ausschnitt der 1 im Bereich des Mitnahmegelenks in einer vergrößerten Darstellung und
3 und 4 perspektivische Darstellungen der Zylindertrommel der 1 und 2,
5 die Mitnahmekörperpaare des Mitnahmegelenks der 1 bis 4 ohne Zylindertrommel und Triebwelle und
6 eine perspektivische Darstellungen der Zylindertrommel und der Triebwelle einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
Die erfindungsgemäße als Schrägachsenmaschine ausgebildete hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 weist gemäß der 1 ein Gehäuse 2 auf, das aus einem Gehäusetopf 2a und einem Gehäusedeckel 2b besteht. In dem Gehäuse 2 ist eine mit einem Triebflansch 3 versehene Triebwelle 4 mittels Lagereinrichtungen 5a, 5b um eine Rotationsachse R_t drehbar gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Triebflansch 3 einstückig an der Triebwelle 4 angeformt.
Axial benachbart zu dem Triebflansch 3 ist eine Zylindertrommel 7 in dem Gehäuse 2 angeordnet, die um eine Rotationsachse R_z drehbar angeordnet und mit mehreren Kolbenausnehmungen 8 versehen ist, die im dargestellten Ausführungsbeispiel konzentrisch zu der Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 angeordnet sind. In jeder Kolbenausnehmung 8 ist ein Kolben 10 längsverschiebbar angeordnet.
Die Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 schneidet die Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 im Schnittpunkt S.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zylindertrommel 7 ist mit einer zentralen, konzentrisch zur Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 angeordneten Längsausnehmung 11 versehen, durch die sich die Triebwelle 4 hindurcherstreckt. Die durch die Axialkolbenmaschine 1 hindurchgeführte Triebwelle 4 ist mittels der Lageeinrichtungen 5a, 5b beidseitig der Zylindertrommel 7 gelagert. Hierzu ist die Triebwelle 4 mit der triebflanschseitigen Lagereinrichtung 5a in dem Gehäusetopf 2a und mit der zylindertrommelseitigen Lagereinrichtung 5b in dem Gehäusedeckel 2b gelagert.
Die Triebwelle 4 ist an dem triebflanschseitigen Ende mit einem Drehmomentübertragungsmittel 12, beispielsweise einer Keilverzahnung, zum Einleiten eines Antriebsdrehmoments bzw. zum Abgriff eines Abtriebsdrehmoments ausgeführt. Das gegenüberliegende, zylindertrommelseitige Ende der durch die Axialkolbenmaschine 1 hindurchgeführten Triebwelle 4 endet im Bereich des Gehäusedeckels 2b. In dem Gehäusedeckel 2b ist zur Aufnahme der Triebwelle 4 und der Lagereinrichtung 5b eine konzentrisch zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 angeordnete Bohrung 14 ausgebildet, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel endet die Triebwelle 4 in dem Gehäusedeckel 2 und ist die Bohrung 14 durch einen Deckel 13 verschlossen. Es versteht, dass bei entferntem Deckel und entsprechender Verlängerung der Triebwelle 4 die Triebwelle 4 aus dem Gehäusedeckel 2b herausgeführt werden kann, um eine Durchtriebsmöglichkeit des Drehmoments zu erzielen.
Die Zylindertrommel 7 liegt zur Steuerung der Zu- und Abfuhr von Druckmittel in den von den Kolbenausnehmungen 8 und den Kolben 10 gebildeten Verdrängerräumen V an einer Steuerfläche 15 an, die mit nicht mehr dargestellten nierenförmigen Steuerausnehmungen versehen ist, die einen Einlassanschluss 16 und einen Auslassanschluss der Axialkolbenmaschine 1 bilden. Zur Verbindung der von den Kolbenausnehmungen 8 und den Kolben 10 gebildeten Verdrängerräumen V mit den Steuerausnehmungen ist die Zylindertrommel 7 an jeder Kolbenausnehmung 8 mit einer Steueröffnung 18 versehen.
Die in der 1 dargestellte Axialkolbenmaschine ist als Konstantmaschine mit einem festen Verdrängervolumen ausgeführt, wobei die Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 einen festen Neigewinkel bzw. Schwenkwinkel α aufweist. Die Steuerfläche 15 ist hierbei an dem Gehäusedeckel 2b ausgebildet.
Die Kolben 10 sind jeweils an dem Triebflansch 3 gelenkig befestigt. Hierzu ist zwischen dem jeweiligen Kolben 10 und dem Triebflansch 3 jeweils eine als sphärisches Gelenk ausgebildete Gelenkverbindung 20 ausgebildet. Die Gelenkverbindung 20 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kugelgelenk ausgebildet, das von einem Kugelkopf 10a des Kolbens 10 und einer Kugelkalotte 3a in dem Triebflansch 3 gebildet ist, in der der Kolben 10 mit dem Kugelkopf 10a befestigt ist.
Die Kolben 10 weisen jeweils einen Bundabschnitt 10b auf, mit dem der Kolben 10 in der Kolbenausnehmung 8 angeordnet ist. Eine Kolbenstange 10c des Kolbens 10 verbindet den Bundabschnitt 10b mit dem Kugelkopf 10b.
Um eine Ausgleichsbewegung der Kolben 10 bei einer Rotation der Zylindertrommel 7 zu ermöglichen, ist der Bundabschnitt 10b des Kolbens 10 mit Spiel in der Kolbenausnehmung 8 angeordnet. Der Bundabschnitt 10b des Kolbens 10 kann hierzu sphärisch ausgeführt sein. Zur Abdichtung der Kolben 10 gegenüber den Kolbenausnehmungen 8 ist an dem Bundabschnitt 10b des Kolbens 10 ein Dichtungsmittel 21, beispielsweise ein Kolbenring, angeordnet.
Zur Lagerung und Zentrierung der Zylindertrommel 7 ist zwischen der Zylindertrommel 7 und der Triebwelle 4 eine kugelförmige Führung 25 ausgebildet. Die kugelförmige Führung 25 ist – wie in Verbindung mit der 2 näher ersichtlich ist – von einem Kugelsegment 26 auf der Triebwelle 4 gebildet, auf dem die Zylindertrommel 7 mit einer hohlkugelförmigen Kugelkalotte 27 angeordnet ist. Die Kugelkalotte 27 ist an einem hohlkugelförmigen Abschnitt der Zylindertrommel 7 ausgebildet, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als kragenartiger Zylindertrommelhals der Zylindertrommel 7 ausgebildet ist, der sich in Richtung zum Triebflansch 3 erstreckt. Die Mittelpunkte des Kugelsegments 26 und der Kugelkalotte 27 liegen auf dem Schnittpunkt S der Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 und der Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7. Das Kugelsegment 26 führt somit die Zylindertrommel 7 in radialer Richtung.
Das Kugelsegment 26 ist bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 konzentrisch zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 angeordnet und auf der Triebwelle 4 in Längsrichtung der Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 längsverschiebbar angeordnet. Zwischen der Triebwelle 4 und dem Kugelsegment 26 ist eine Federeinrichtung 28 angeordnet, die die Zylindertrommel 7 an die Steuerfläche 15 anpresst. Die Federeinrichtung 28 ist hierbei als Druckfeder ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Federeinrichtung 28 von mehreren Federn gebildet, die auf einem konzentrisch zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 angeordneten Teilkreis angeordnet sind und bevorzugt gleichmäßig über den Umfang verteilt sind. Die einzelnen Federn sind jeweils in einer Aufnahmebohrungen 29 des Kugelsegments 26 aufgenommen und stützen sich mit den Enden an dem Bohrungsgrund der Aufnahmebohrungen 28 sowie an einer senkrecht zur Rotationsachse R_t angeordneten Anlagefläche der Triebwelle 4 ab.
Um im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 eine Mitnahme der Zylindertrommel 7 in beiden Rotationsrichtungen zu erzielen, ist zwischen der Triebwelle 4 und der Zylindertrommel 7 ein Mitnahmegelenk 30 angeordnet, das die Triebwelle 4 und die Zylindertrommel 7 in Rotationsrichtung koppelt.
Das Mitnahmegelenk 30 weist – wie in der 5 näher verdeutlicht ist – ein erster Mitnahmekörperpaar M1 mit zwei Halbkörpern M1a, M1b für die Mitnahme der Zylindertrommel 7 in einer ersten Rotationsrichtung und ein zweites Mitnahmekörperpaar M2 mit zwei Halbkörpern M2a, M2b für die Mitnahme der Zylindertrommel 7 in einer zweiten, der ersten Rotationsrichtung entgegengesetzten Rotationsrichtung auf.
Die beiden Halbkörper M1a, M1b bzw. M2a, M2b des Mitnahmekörperpaars M1 bzw. M2 sind abwechselnd in der Triebwelle 4 und der Zylindertrommel 7 angeordnet und liegen mittels Berührflächen BF aneinander. Jedes Mitnahmekörperpaar M1, M2 weist einen zu der Zylindertrommel 7 gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper M1b, M2b und einen zu der Triebwelle 4 gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper M1a, M2a auf. Der Halbkörper M1a bildet einen zu der Triebwelle 4 gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper des Mitnahmekörperpaars M1, der in einer Bettung B1 der Triebwelle 4 aufgenommen ist. Der Halbkörper M1b bildet einen zu der Zylindertrommel 7 gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper des Mitnahmekörperpaars M1, der in einer Bettung B2 der Zylindertrommel 7 aufgenommen ist. Entsprechend bildet der Halbkörper M2a einen zu der Triebwelle 4 gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper des Mitnahmekörperpaars M2, der in einer Bettung B1 der Triebwelle 4 aufgenommen ist. Der Halbkörper M2b bildet einen zu der Zylindertrommel 7 gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper des Mitnahmekörperpaars M2, der in einer Bettung B2 der Zylindertrommel 7 aufgenommen ist.
Erfindungsgemäß ist – wie in den 3 und 4 näher ersichtlich ist – eine gabelförmige Ausnehmung 100 vorgesehen, an deren aneinander in Umfangsrichtung zugewandten Seitenflächen 100a, 100b jeweils eine Bettung B2 für einen der beiden Halbkörper M1b, M2b der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet ist. In die gabelförmige Ausnehmung 100 taucht ein zapfenförmiger Mitnehmerarm 101 ein, an dessen in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Außenflächen jeweils eine Bettung B1 für den anderen der beiden Halbkörper M1a, M2a der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet ist.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 ist die gabelförmige Ausnehmung 100 an der Zylindertrommel 7 ausgebildet, wobei an den beiden Seitenflächen 100a, 100b der gabelförmige Ausnehmung 100 jeweils eine Bettung B2 für die zylindertrommelseitigen Halbkörper M1b bzw. M2b der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet sind. Der Mitnehmerarm 101 ist an der Triebwelle 4, beispielsweise im Bereich des Triebflansches 3, angeordnet, wobei an den Außenflächen des Mitnehmerarms 101 jeweils eine Bettung B1 für die triebwellenseitigen Halbkörper M1a bzw. M2a der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet sind.
Die gabelförmige Ausnehmung 100 ist hierbei zwischen zwei, in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordneten, fingerartigen Erhebungen 102a, 102b der Zylindertrommel 7 ausgebildet, die sich in Richtung zur Triebwelle 4 erstrecken. Die fingerartigen Erhebungen 102a, 102b sind an einem kragenartigen Zylindertrommelhals der Zylindertrommel 7 angeordnet, an dem ebenfalls die Kugelkalotte 27 ausgebildet ist. Die fingerartigen Erhebungen 102a, 102b sind hierbei einstückig und somit einteilig mit der Zylindertrommel 7 ausgebildet.
In der Erhebung 102a der Zylindertrommel 7 ist hierbei die Bettung B2 für den zylindertrommelseitigen Halbkörper M1b des Mitnahmekörperpaars M1 und in der Erhebung 102b der Zylindertrommel 7 die Bettung B2 für den zylindertrommelseitigen Halbkörper M2b des Mitnahmekörperpaars M2 angeordnet.
Der in gabelförmige Ausnehmung 100 eintauchende Mitnehmerarm 101 ist einstückig und somit einteilig an der Triebwelle 4 ausgebildet. Der zapfenförmige Mitnehmerarm 101 erstreckt sich hierbei in Richtung zur Zylindertrommel 7.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 tauchen die fingerartigen Erhebungen 102a, 102b der Zylindertrommel 7 in den Triebflansch 3 ein. Hierzu ist die Triebwelle 4 im Bereich des Triebflansches 3 zu beiden Seiten des Mitnehmerarms 101 mit jeweils einer taschenförmigen Ausnehmung 105 versehen, in die jeweils eine Erhebung 102a bzw. 102b der Zylindertrommel 7 eintauchen kann.
Das Mitnahmegelenk 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Gleichlaufgelenk ausgebildet, das eine drehsynchrone Mitnahme der Zylindertrommel 7 mit der Triebwelle 4 in beide Rotationsrichtungen ermöglicht, so dass sich eine gleichmäßige, synchrone Drehung der Zylindertrommel 7 mit der Triebwelle 4 ergibt.
Das als Gleichlaufgelenk ausgebildete Mitnahmegelenk 30 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ausgebildet.
Der Aufbau des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks 31, mit dem die Zylindertrommel 7 und die Triebwelle 4 drehsynchron gekoppelt ist, wird im Folgenden anhand der 2 und 5 näher beschrieben.
Das Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 wird von zwei Walzenpaaren 50, 51 als Mitnahmekörperpaar M1, M2 gebildet, die zwischen der Triebwelle 4 und der Zylindertrommel 7 angeordnet sind.
Jedes der beiden Walzenpaare 50, 51 des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks 31 besteht aus jeweils zwei und somit einem Paar halbzylindrischer Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b als Halbkörper M1a, M1b, M2a, M2b. Die halbzylindrischen Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b sind jeweils von einem im Wesentlichen bis zu einer Rotationsachse RR_t, RR_z abgeflachten zylindrischen Körper gebildet. An den abgeflachten Seiten bilden die jeweils paarweise angeordneten Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b ebene Gleitflächen GF als Berührflächen BF, an denen die beiden Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b eines Walzenpaares 50, 51 unter Ausbildung einer Flächenberührung aneinanderliegen.
Die Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b und somit die Halbkörper M1a, M1b, M2a, M2b sind in radialer Richtung innerhalb des Teilkreises der Kolben 10 und beabstandet von den Rotationsachsen R_t, R_z angeordnet. Das Mitnahmegelenk 30 kann daher bauraumsparend innerhalb des Teilkreises der Kolben 10 angeordnet werden und die Triebwelle 4 radial innerhalb der Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks 31 durchgeführt werden.
Jedes Walzenpaar 50, 51 weist eine zu der Zylindertrommel 7 gehörige zylindertrommelseitige Halbwalze 50b, 51b und eine zu der Triebwelle 4 gehörige triebwellenseitige Halbwalze 50a, 51a auf, die an den ebenen Gleitflächen GF aneinanderliegen und miteinander in Kontakt stehen.
Die zylindertrommelseitige Halbwalze 50b, 51b des entsprechenden Walzenpaares 50, 51 sind jeweils in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, zylindertrommelseitigen Aufnahme als Bettung B2 und die triebwellenseitige Halbwalze 50a, 51a des entsprechenden Walzenpaares 50, 51 in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, triebwellenseitigen Aufnahme als Bettung B1 aufgenommen.
Die Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b sind in der jeweiligen zylindrischen Aufnahme in Längsrichtung der entsprechenden Rotationsachse RR_T, RR_z gesichert.
Hierzu ist jede Halbwalzen 50a, 51a, 50b, 51b im zylindrischen Abschnitt mit einem Bund 60 versehen, der in eine Nut 61 der entsprechenden Bettung B1, B2 eingreift.
In der 2 ist hierbei von dem Walzenpaar 50 mit dicken Linien die triebwellenseitige Halbwalze 50a und mit dünnen Linien die auf der Halbwalze 50a aufliegende zylindertrommelseitige Halbwalze 50b dargestellt. Von der Halbwalze 50a ist die in der Schnittebene der 2 liegende abgeflachte, ebene Gleitflächen GF dargestellt. Die triebwellenseitige Halbwalze 50a ist hierbei in der Bettung B1 des an der Triebwelle 4 angeformten Mitnehmerarms 101 aufgenommen. Die zylindertrommelseitige Halbwalze 50b ist in der Bettung B2 der die gabelförmige Ausnehmung 100 begrenzenden, fingerartigen Erhebung 102a aufgenommen, die an der Zylindertrommel 7 angeformt ist.
Bei dem Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 sind – wie in der 2 verdeutlicht sind – die Rotationsachsen RR_t der triebwellenseitigen Halbwalzen 50a, 51a zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 um einen Neigungswinkel γ geneigt. Die Rotationsachsen RR_t der triebwellenseitigen Halbwalze 50a, 51a schneiden die Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 im Schnittpunkt S_t.
Die einzelnen Rotationsachsen RR_t der triebwellenseitigen Halbwalzen 50a, 51a bilden somit bei einer Rotation der Triebwelle 4 einen Kegelstrahl um die Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 mit der Spitze im Schnittpunkt S_t.
Entsprechend sind die Rotationsachsen RR_z der zylindertrommelseitigen Halbwalzen 50b, 51b zur Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 um einen Neigungswinkel γ geneigt. Die Rotationsachsen RR_z der zylindertrommelseitigen Halbwalzen 50b, 51b schneiden die Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 im Schnittpunkt S_z. Die einzelnen Rotationsachsen RR_z der zylindertrommelseitigen Halbwalzen 50b, 51b bilden somit bei einer Rotation der Zylindertrommel 7 einen Kegelstrahl um die Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 mit der Spitze im Schnittpunkt S_z.
Die Neigungswinkel γ der Rotationsachsen RR_z der zylindertrommelseitigen Halbwalzen 50b, 51b zur Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 und der Rotationsachsen RR_t der triebwellenseitigen Halbwalzen 50a, 51a zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 sind betragsmäßig identisch. Die Neigungswinkel γ der Rotationsachsen RR_z , RR_t der Halbwalzen 50b, 51b, 50, 51a der miteinander zu koppelnden Triebwelle 4 und Zylindertrommel 7 sind somit gleich. Hierdurch wird erzielt, dass sich an den entsprechenden Walzenpaaren 50, 51 jeweils paarweise die zu der Triebwelle 4 gehörigen Rotationsachsen RR_t und die zur Zylindertrommel 7 gehörigen Rotationsachsen RR_z der ein Walzenpaar 50 bzw. 51 bildenden beiden Halbwalzen 50a, 50b bzw. 51a, 51b in einer Ebene E schneiden, die der Winkelhalbierenden zwischen der Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 und der Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 entspricht. Die in der Ebene E liegenden Schnittpunkte SP, in denen sich paarweise die jeweilige zu der Triebwelle 4 gehörige Rotationsachsen RR_t mit der zur Zylindertrommel 7 gehörigen Rotationsachse RR_z der ein Walzenpaar 50 bzw. 51 bildenden zwei Halbwalzen 50a, 50b bzw. 51a, 51b schneiden, sind in der 2 verdeutlicht. Die Ebene E ist somit mit dem halben Neigungswinkel bzw. Schwenkwinkel α/2 bezüglich einer senkrecht zur Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 stehenden Ebene E1 und einer senkrecht zur Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 stehenden Ebene E2 geneigt. Die Ebene E geht durch den Schnittpunkt S der Rotationsachsen R_t, R_z.
Die Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b des jeweiligen Walzenpaares 50, 51 sind im Bereich der Schnittpunkte SP der Rotationsachsen RR_t, RR_Z angeordnet, wodurch an den Schnittpunkte SP der beiden Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b des jeweiligen Walzenpaares 50, 51 die Kraftübertragung zwischen den ebenen Gleitflächen GF zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 stattfindet.
Durch die Lage der Schnittpunkte SP der beiden Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b der jeweiligen Walzenpaare 50, 51 auf der winkelhalbierenden Ebene E ergibt sich, dass die senkrechten, radialen Abstände r₁, r₂ der Schnittpunkte SP zu der Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 und zu der Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 betragsmäßig gleich groß sind. Durch die gleich großen, von den radialen Abstände r₁, r₂ gebildeten Hebelarme der Schnittpunkte SP entstehen gleiche Winkelgeschwindigkeiten der Triebwelle 4 und der Zylindertrommel 7, wodurch das Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ein Gleichlaufgelenk bildet, das eine exakte drehsynchrone und gleichmäßige Mitnahme und Drehung der Zylindertrommel 7 ermöglicht.
Im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 bei einer Drehung der Triebwelle 4 findet bei einer Neigung der Rotationsachse R_z der Zylindertrommel 7 zu der Rotationsachse R_t der Triebwelle 4 mit dem Neigungswinkel bzw. Schwenkwinkel α ein Gleiten der beiden Gleitflächen GF der beiden Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b jedes Walzenpaares 50, 51 zueinander statt. Zudem findet eine Rotation bzw. ein Drehen der jeweiligen halbzylindrischen Halbwalze 50a, 50b, 51a, 51b um die jeweilige Rotationsachse RR_t bzw. RR_Z in der von der zylindrischen Aufnahme gebildeten Bettung B1, B2 der entsprechenden Halbwalze statt. Aufgrund der Neigung der Rotationsachsen RR_t, RR_Z der jeweils paarweise angeordneten Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b zueinander können sich durch Drehung in den entsprechenden Aufnahmen die ebenen Flächen und somit die Gleitflächen GF der aneinander liegenden Halbwalzen 50a, 50b, 51a, 51b zueinander ausrichten.
In der 6 ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die sich hinsichtlich der Anordnung der gabelförmigen Ausnehmung und des zapfenförmigen Mitnehmerarms 101 unterscheidet.
In dem Ausführungsbeispiel der 6 ist im Unterschied zu den 1 bis 4 die gabelförmige Ausnehmung 100 als Aussparung in der Triebwelle 4 bzw. in dem Triebflansch 3 ausgebildet. An den Seitenflächen 100a, 100b der gabelförmigen Ausnehmung 100 sind hierbei die Bettungen B1 für die triebwellenseitigen Halbkörper M1a, M2a der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet. Der zapfenförmige Mitnehmerarm 101 ist an der Zylindertrommel 7 angeordnet, wobei an den Außenflächen des Mitnehmerarms 101 die Bettungen B2 für die zylindertrommelseitigen Halbkörper M1b, M2b der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 ausgebildet sind.
Der in die gabelförmige Ausnehmung 100 der Triebwelle 4 bzw. des Triebflansches 3 eintauchende Mitnehmerarm 101 ist hierbei als fingerartige Erhebung 103 der Zylindertrommel 7 ausgebildet, die sich in Richtung zur Triebwelle 4 erstreckt. Die fingerartige Erhebung 103 ist an dem kragenartigen Zylindertrommelhals der Zylindertrommel 7 angeordnet, an dem ebenfalls die Kugelkalotte 27 ausgebildet ist. Die fingerartige Erhebung 103 ist hierbei einstückig und somit einteilig mit der Zylindertrommel 7 ausgebildet.
An der Seitenfläche 100a der gabelförmige Ausnehmung 100 ist hierbei die Bettung B1 für den triebwellenseitigen Halbkörper M1a des Mitnahmekörperpaars M1 und an der Seitenfläche 100b der gabelförmige Ausnehmung 100 die Bettung B1 für den triebwellenseitigen Halbkörper M2a des Mitnahmekörperpaars M2 angeordnet.
An der der Seitenfläche 100a der gabelförmige Ausnehmung 100 zugewandten Außenfläche 101a des Mitnehmerarms 101 ist hierbei die Bettung B2 für den zylindertrommelseitigen Halbkörper M1b des Mitnahmekörperpaars M1 angeordnet. Entsprechend ist an der der Seitenflächen 100b der gabelförmige Ausnehmung 100 zugewandten Außenfläche 101b des Mitnehmerarms 101 die Bettung B2 für den zylindertrommelseitigen Halbkörper M2b des Mitnahmekörperpaars M2 angeordnet.
Der in gabelförmige Ausnehmung 100 eintauchende Mitnehmerarm 101 ist einstückig und somit einteilig an der Triebwelle 4 ausgebildet.
Die in den 1 bis 6 dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist in beiden Rotationsrichtungen betreibbar. Um in beiden Rotationsrichtungen eine drehsynchrone Mitnahme der Zylindertrommel 7 zu erzielen, ist für jede Rotationsrichtung und somit jede Momentenrichtung des Mitnahmedrehmoments für die Mitnahme der Zylindertrommel 7 jeweils ein Mitnahmekörperpaar M1, M2 bzw. Walzenpaar 50, 51 vorgesehen.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen dient das Mitnahmekörperpaar M1 somit das Walzenpaar 50 zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 bei einer Drehung der Triebwelle 4 in einer ersten Rotationsrichtung. Bei dieser Rotationsrichtung der Triebwelle 4 werden an den ebenen Gleitflächen GF der Halbkörper M1a, M1b und somit der Halbwalzen 50a, 50b des Walzenpaares 50 Kräfte übertragen, die ein Mitnahmedrehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 erzeugen.
In den dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Mitnahmekörperpaar M2 und somit das Walzenpaar 51 zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 bei einer Drehung der Triebwelle 4 in entgegengesetzter Rotationsrichtung. An den ebenen Gleitflächen GF der Halbkörper M2a, M2b und somit der Halbwalzen 51a, 51b des Walzenpaares 51 werden hierbei Kräfte übertragen, die ein Mitnahmedrehmoment zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 erzeugen.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist für jede Rotationsrichtung jeweils ein einziges Mitnahmekörperpaar M1 bzw. M2 und somit ein einziges Walzenpaar 50 bzw. 51 vorgesehen, wobei das Mitnahmekörperpaar M1 bzw. Walzenpaar 50 für die erste Rotationsrichtung und das Mitnahmekörperpaar M2 bzw. Walzenpaar 51 für die zweite Rotationsrichtung dient.
Es versteht sind, dass mit einem weiteren Mitnehmerarm, der in einer weiteren gabelförmigen Ausnehmung eintaucht, für jede Rotationsrichtung auch jeweils ein weiteres Mitnahmekörperpaar vorgesehen werden kann. Es versteht sich daher, dass für höhere zu übertragende Mitnahmedrehmomente der Zylindertrommel 7 anstelle von einem Mitnahmekörperpaar pro Drehrichtung eine höhere Anzahl von Mitnahmekörperpaaren eingesetzt werden kann.
Eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 mit dem erfindungsgemäßen als Gleichlaufgelenk ausgebildeten Mitnahmegelenk 30 zur Mitnahme der Zylindertrommel 7 weist eine Reihe von Vorteilen auf.
Das bevorzugt als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ausgebildete Mitnahmegelenk 30 kann durch entsprechende Wahl der Neigungswinkel γ der Rotationsachsen RR_z, RR_t der Halbwalzen auf einfache Weise als homokinetisches Gleichlaufgelenk ausgeführt werden. Das als Gleichlaufgelenk ausgebildete Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ist für Axialkolbenmaschinen 1 mit einem konstanten oder einem verstellbaren Verdrängervolumen geeignet. Bei einer Verstellmaschine tritt beim Zurückschwenken der Zylindertrommel 7 auf ein verringertes Verdrängervolumen kein Losespiel auf. Zudem wird als Vorteil des Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ermöglicht, die Triebwelle 4 durch die Zylindertrommel 7 und die Axialkolbenmaschine 1 hindurchzuführen, um eine Durchtriebsmöglichkeit zu schaffen. Die Triebwelle 4 kann weiterhin beidseitig der Zylindertrommel 7 im Gehäuse 2 gelagert werden, wodurch Vorteile hinsichtlich einer kompakten Bauweise der Axialkolbenmaschine 1 in axialer Richtung erzielt werden. Das Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 weist eine Flächenberührung auf. Durch den Flächenkontakt an den ebenen Gleitflächen GF der beiden Halbwalzen eines Walzenpaares 50, 51 treten lediglich geringe Hertzsche Pressungen auf, wodurch das erfindungsgemäße Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 unempfindlich und robust gegen Überlast ist, die beispielsweise durch eine hohe Drehbeschleunigung entstehen kann. Das Kegelstrahl-Halbwalzengelenk 31 ist somit für eine Axialkolbenmaschine 1, bevorzugt einen Hydromotor, bei Anwendungen mit hohen Drehbeschleunigungen geeignet. Aufgrund der geringen auftretenden Belastungen durch den Flächenkontakt an den ebenen Gleitflächen GF der Halbwalzen ist an den Halbwalzen an den ebenen und abgeflachten Gleitflächen GF lediglich eine Oberflächenbehandlung hinsichtlich eines Verschleißschutzes erforderlich. Auf eine tiefe Aufhärtung der Halbwalzen kann verzichtet werden. Durch die begrenzte Oberflächenhärtung der Halbwalzen, die beispielsweise durch Nitrieren erzielt werden kann, tritt lediglich eine geringe Maßänderung der Halbwalzen auf, so dass auf eine mechanische Nachbearbeitung der Halbwalzen verzichtet werden kann. Der geringe Herstellaufwand für die Halbwalzen des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks 31 führt zu einem geringen Bauaufwand für die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1.
Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 sind die Funktion Drehmomentmitnahme der Zylindertrommel 7 durch das Mitnahmegelenk 30 und die Funktion Lagerung der Zylindertrommel 7 durch die kugelförmige Führung 25 getrennt. Beide Funktionen sind durch die erforderlichen, geometrisch einfachen Flächen und Bauteile einfach und kostengünstig herzustellen. Insbesondere können die Aufnahmen für die Halbwalzen des Kegelstrahl-Halbwalzengelenks 31 und die Halbwalzen selbst auf einfache Weise und kostengünstig hergestellt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 bilden der Mitnehmerarm 101 und die Seitenflächen 100a, 100b der gabelförmigen Ausnehmung 100 jeweils Mitnehmer, in denen die Halbkörper M1a, M1b, M2a, M2b der Mitnahmekörperpaare M1, M2 mittels der Bettungen B1, B2 angeordnet sind. Ein wesentlicher Vorteil ist hierbei, dass der Mitnehmerarm 101 jeweils beide triebwellenseitigen Halbkörper M1a, M2a bzw. beide zylindertrommelseitigen M1b, M2b beider Mitnahmekörperpaare M1, M2 trägt. Mit dem zwischen den Seitenflächen 100a, 100b der gabelförmigen Ausnehmung 100 angeordneten Mitnehmerarm 101 sind somit insgesamt nur drei Mitnehmer erforderlich, um bei jeweils einem Mitnahmekörperpaare M1, M2 für jede Rotationsrichtung die vier Halbkörper M1a, M1b, M2a, M2b der beiden Mitnahmekörperpaare M1, M2 zu tragen, so dass mit nur einem Mitnehmerarm 101 und somit mit geringem Bauaufwand für das Mitnahmegelenk 30 eine Mitnahme der Zylindertrommel 7 in beide Rotationsrichtungen erzielt wird. Durch die einstückige Ausführung des Mitnehmerarms 101 an der Triebwelle 3 bzw. der Zylindertrommel 7 wird der Bauaufwand für das Mitnahmegelenk 30 noch weiter verringert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3800031 C2 [0005]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine (1) in Schrägachsenbauweise mit einer um eine Rotationsachse (R_t) drehbar angeordneten Triebwelle (4), die mit einem Triebflansch (3) versehen ist, und einer um eine Rotationsachse (R_z) drehbar angeordneten Zylindertrommel (7), wobei die Zylindertrommel (7) mit mehreren konzentrisch zur Rotationsachse (R_z) der Zylindertrommel (7) angeordneten Kolbenausnehmungen (8) versehen ist, in denen jeweils ein Kolben (10) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben (10) an dem Triebflansch (3) gelenkig befestigt sind, und wobei zwischen der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel (7) ein als Gleichlaufgelenk ausgebildetes Mitnahmegelenk (30) zur drehsynchronen Drehung der Zylindertrommel (7) und der Triebwelle (4) angeordnet ist, wobei die Axialkolbenmaschine (1) in beide Rotationsrichtungen der Zylindertrommel (7) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmegelenk (30) ein erstes Mitnahmekörperpaar (M1) mit zwei Halbkörpern (M1a, M1b) für die Mitnahme der Zylindertrommel (7) in einer ersten Rotationsrichtung und ein zweites Mitnahmekörperpaar (M2) mit zwei Halbkörpern (M2a, M2b) für die Mitnahme der Zylindertrommel (7) in einer zweiten Rotationsrichtung aufweist, wobei die beiden Halbkörper (M1a, M1b; M2a, M2b) jedes Mitnahmekörperpaars (M1; M2) abwechselnd in der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel (7) angeordnet sind und mittels Berührflächen (BF) aneinanderliegen, wobei jedes Mitnahmekörperpaar (M1; M2) einen zu der Zylindertrommel (7) gehörigen zylindertrommelseitigen Halbkörper (M1b; M2b) und einen zu der Triebwelle (4) gehörigen triebwellenseitigen Halbkörper (M1a; M2a) aufweist, wobei der zylindertrommelseitige Halbkörper (M1b; M2b) jedes Mitnahmekörperpaars (M1; M2) in einer Bettung (B2) der Zylindertrommel (7) und der triebwellenseitige Halbkörper (M1a; M2a) jedes Mitnahmekörperpaars (M1; M2) in einer Bettung (B1) der Triebwelle (4) aufgenommen ist, wobei eine gabelförmige Ausnehmung (100) vorgesehen ist, an deren Seitenflächen (100a, 100b) jeweils eine Bettung (B1; B2) für einen der beiden Halbkörper (M1a, M2a; M1b, M2b) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet ist, und ein in die gabelförmige Ausnehmung (100) eintauchender Mitnehmerarm (101) vorgesehen ist, an dessen Außenflächen (101a, 101b) jeweils eine Bettung (B2; B1) für den anderen der beiden Halbkörper (M1b, M2b; M1a, M2a) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gabelförmige Ausnehmung (100) an der Zylindertrommel (7) ausgebildet ist, wobei an den Seitenflächen (100a, 100b) der gabelförmigen Ausnehmung (100) die Bettungen (B2) für die zylindertrommelseitigen Halbkörper (M1b, M2b) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet sind, und der Mitnehmerarm (101) an der Triebwelle (4) angeordnet ist, wobei an den Außenflächen (101a, 101b) des Mitnehmerarms (101) die Bettungen (B1) für die triebwellenseitigen Halbkörper (M1a, M2a) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerarm (101) einstückig an der Triebwelle (4) ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gabelförmige Ausnehmung (100) an der Triebwelle (4) ausgebildet ist, wobei an den Seitenflächen (100a, 100b) der gabelförmigen Ausnehmung (100) die Bettungen (B1) für die triebwellenseitigen Halbkörper (M1a, M2a) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet sind, und der Mitnehmerarm (101) an der Zylindertrommel (7) angeordnet ist, wobei an den Außenflächen (101a, 101b) des Mitnehmerarms (101) die Bettungen (B2) für die zylindertrommelseitigen Halbkörper (M1b, M2b) der beiden Mitnahmekörperpaare (M1, M2) ausgebildet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerarm (101) einstückig an der Zylindertrommel (7) ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Mitnahmegelenk (30) als Kegelstrahl-Halbwalzengelenk (31) ausgebildet ist, das Walzenpaare (50, 51) als Mitnahmekörperpaare (M1, M2) mit zwei halbzylindrischen Halbwalzen (50a, 50b; 51a, 51b) als Halbkörper (M1a, M1b; M2a, M2b) aufweist, wobei die halbzylindrischen Halbwalzen (50a, 50b; 51a, 51b) bis zu einer Rotationsachse (RR_t; RR_z) abgeflacht sind und die Halbwalzen (50a, 50b; 51a, 51b) an den abgeflachten Seiten ebene Gleitflächen (GF) als Berührflächen (BF) bilden, an denen die Halbwalzen (50a, 50b; 51a, 51b) des Walzenpaares (50; 51) unter Ausbildung einer Flächenberührung aneinanderliegen.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbkörper (M1a, M1b; M2a, M2b), insbesondere die Halbwalzen (50a, 50b; 51a, 51b), in radialer Richtung innerhalb der Kolben (10) und beabstandet von den Rotationsachsen (R_t, R_z) der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel (7) angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Walzenpaar (50; 51) eine zu der Zylindertrommel (7) gehörige zylindertrommelseitige Halbwalze (50b; 51b) und eine zu der Triebwelle (4) gehörige triebwellenseitige Halbwalze (50a; 51a) aufweist, wobei die zylindertrommelseitige Halbwalze (50b; 51b) eines Walzenpaares (50; 51) in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, zylindertrommelseitigen Aufnahme als Bettung (B2) und die triebwellenseitige Halbwalze (50a; 51a) eines Walzenpaares (50; 51) in einer zylindrischen, insbesondere teilzylindrischen, triebwellenseitigen Aufnahme als Bettung (B1) aufgenommen ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Triebwelle (4) und der Zylindertrommel eine von einem Kugelsegment (26) und einer Kugelkalotte (27) gebildete kugelförmige Führung (25) zur Lagerung der Zylindertrommel (7) ausgebildet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelsegment (26) an der Triebwelle (4) in Längsrichtung einer Rotationsachse (R_t) der Triebwelle (4) längsverschiebbar angeordnet ist und die Kugelkalotte (27) an einem hohlkugelförmigen Abschnitt der Zylindertrommel (7) ausgebildet ist, wobei zwischen der Triebwelle (4) und dem Kugelsegment (26) eine Federeinrichtung (28) angeordnet ist, die die Zylindertrommel (7) an eine Steuerfläche (15) anpresst.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (28) von zumindest einer Druckfeder gebildet ist.