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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einem Wälzlager zur Lagerung der Schrägscheibe.
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Bei Axialkolbenmaschinen, deren Hubvolumen verstellbar ist, ist es bekannt, eine Schrägscheibe als Schwenkwiege auszubilden, die über eine Verstellvorrichtung gegen ein Gehäuse verschwenkt werden kann. Durch die Verstellung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege gegenüber einer um eine Achse umlaufenden Zylindertrommel wird der Hub der an die Schrägscheibe gekoppelten Kolben während ihres Umlaufs um eine Achse der Axialkolbenmaschinen verstellt.
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Da sich beim Verstellen des Schwenkwinkels eine Relativbewegung der Schwenkwiege gegenüber dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine ergibt, sind als Lagerung der Schwenkwiege beidseitig der Achse Lager bekannt, die als Paare von kreisbogenförmigen Bahnen ausgebildet sind, von den eine Bahn mit größerem Radius am Gehäuse angeordnet ist, während eine Bahn mit kleinerem Radius an der Schwenkwiege angeordnet ist.
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Im Betrieb derartiger Axialkolbenmaschinen ergibt sich in Abhängigkeit des auf die Kolben wirkenden Arbeitsdrucks eine jeweilige Abstützkraft von den Kolben auf die Schrägscheibe, die zu einer Durchbiegung der Schrägscheibe zwischen den beiden Lagern etwa entlang der Achse führen kann. Damit ergibt sich zwischen den kreisbogenförmigen Bahnen jedes Lagers eine nachteilige Veränderung ihrer Positionen zueinander, da die schwenkwiegenseitige Bahn gegenüber der gehäuseseitigen Bahn verkippt und in Schrägstellung kommt.
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In den Druckschriften
DE 197 27 071 A1 und
DE 10 2008 013 010 A1 bilden die beiden Bahnen jedes Lagers ein Gleitlager. Dabei offenbart die
DE 197 27 071 A1 eine hydrostatische Entlastung in den beiden Gleitlagern, die im Hinblick auf die Durchbiegung der Schwenkwiege optimiert ist. Die
DE 10 2008 013 010 A1 zeigt zur Kompensation der Durchbiegung der Schwenkwiege nachgiebige Bereiche. Es wird vorgeschlagen, den Bereich des Gehäuses, an dem eine ruhende Lagerschale anliegt, oder den Bereich der Schwenkwiege, der an der Lagerschale anliegt, und der sich gegen die Lagerschale gleitend bewegt, nachgiebig zu gestalten. Alternativ wird vorgeschlagen, die Lagerschale selbst nachgiebig zu gestalten.
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Bei Axialkolbenmaschine, deren Schwenkwiegenlagerung mit zylinderförmigen oder nadelförmigen Wälzlagern realisiert ist, können sich bei Durchbiegung der Schwenkwiege Kantenträgern an der jeweiligen Innenseite mit Ausbrüchen oder Eindrückungen an den Wälzkörpern und/oder Rollbahnen ergeben. Weiterhin ist es möglich, dass diese Lager verkippen.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 214 343 A1 zeigt eine Lagerung einer Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine, wobei jedes der beiden Lager ein Paar von kreisbogenförmigen Rollbahnen aufweist, zwischen denen Wälzkörper eingespannt sind. Die Schwenkwiege ist also über zwei Wälzlager im Gehäuse abgestützt. Die Wälzkörper sind tonnenförmig ausgebildet, so dass eine Durchbiegung der Schwenkwiege und damit einer Verkippung oder Schrägstellung der schwenkwiegenseitigen Rollbahn durch die Form der Wälzkörper ausgeglichen werden kann, in dem sich die Berührstellen der schwenkwiegenseitigen Rollbahn an den Wälzkörpern ändert.
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Nachteilig an derartigen Axialkolbenmaschinen ist, dass die tonneförmigen Wälzkörper stets nur eine geringe Breite ihrer Linienberührung haben. Im Betrieb der Axialkolbenmaschine mit der zu tolerierenden Durchbiegung der Schrägscheibe wandern der schwenkwiegenseitige Berührpunkt und der gehäuseseitige Berührpunkt in Richtung zum inneren Rand der Wälzkörper. Damit sind die Trageigenschaften der Wälzkörper nachteilig beeinflusst.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise zu schaffen, bei der die beiden Wälzlager der Schwenkwiege eine Durchbiegung der Schwenkwiege tolerieren können, ohne dass die Wälzlager auf tonnenförmige oder ballige Wälzkörper mit Linienberührung geringe Breite eingeschränkt sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1.
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Zwischen einem Gehäuse und einer Schrägscheibe der beanspruchten Axialkolbenmaschine sind zwei Wälzlager vorgesehen, deren jeweilige Mehrzahl von Wälzkörpern zwischen einer gehäuseseitigen Rollbahn und einer schwenkwiegenseitigen Rollbahn angeordnet und im Betrieb eingespannt sind. Erfindungsgemäß ist benachbart zu zumindest einer der Rollbahnen jedes Wälzlagers eine elastische oder nachgiebige Anpassungsvorrichtung angeordnet. Damit kann eine Durchbiegung der Schwenkwiege und eine damit einhergehende Schrägstellung der beiden zu den Wälzlagern benachbarten Abschnitte der Schwenkwiege toleriert werden, wobei die Last der Wälzkörper über ihre Länge vergleichmäßigt ist.
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Die beiden Wälzlager werden bei passender Auslegung der Anpassungsvorrichtungen nur mit Normalkräften beaufschlagt.
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Die Wälzkörper sind vorzugsweise kreiszylindrisch, z.B. nadelförmig und weisen vorzugsweise ein Normprofilierung auf.
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Die Elastizität oder Nachgiebigkeit der erfindungsgemäßen Lagerung ist optimiert, wenn jede Anpassungsvorrichtung an ihrer der anderen Anpassungsvorrichtung zugewandten inneren Seite elastischer oder nachgiebiger ausgebildet ist, als an ihrer von der anderen Anpassungsvorrichtung abgewandten äußeren Seite. Die beiden inneren Seiten sind benachbart zu einer Triebwelle der Axialkolbenmaschine.
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Wenn die beiden Anpassungsvorrichtungen zwischen der jeweiligen gehäuseseitigen Rollbahn und dem Gehäuse angeordnet sind, können sich die beiden Wälzlager zusammen mit den beiden Abschnitten der Schwenkwiege schräg stellen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind die beiden gehäuseseitigen Rollbahnen an einer jeweiligen gehäuseseitigen Lagerschale gebildet, an deren von den Wälzkörpern abgewandten Seite die jeweilige Anpassungsvorrichtung anliegt. Auch die schwenkwiegenseitige Rollbahn kann an einer schwenkwiegenseitigen Lagerschale gebildet sein.
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Bei einer ersten bevorzugten montagetechnisch einfachen Weiterbildung haben die beiden Anpassungsvorrichtungen jeweilige am Gehäuse einstückig gebildete elastische oder nachgiebige Gehäuseabschnitte.
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Vorzugsweise sind die beiden Gehäuseabschnitte jeweils von einem Steg gebildet, wobei sich die beiden Stege zueinander und damit zur Triebwelle erstrecken.
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Zwischen den beiden Stegen und dem Gehäuse kann jeweils ein Zwischenraum oder eine Hinterschneidung gebildet sein, der beziehungsweise die zumindest teilweise mit einem Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer gefüllt ist. Damit kann die Nachgiebigkeit oder Elastizität bestimmt werden. Weiterhin kann eine Geräuschdämmung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine erreicht werden.
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Vorzugsweise ist an den beiden Gehäuseabschnitten jeweils eine Anlage für die jeweilige gehäuseseitige Lagerschale angeordnet.
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Bei einer zweiten bevorzugten fertigungstechnisch einfachen Weiterbildung sind die beiden Anpassungsvorrichtungen jeweils von flächigen bogenförmigen insbesondere kreisbogenförmigen Zwischenstücken gebildet. Diese sind zwischen der jeweiligen gehäuseseitigen Lagerschale und dem Gehäuse eingesetzt. Auch damit kann eine Geräuschdämmung erreicht werden.
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An den Innenseiten der beiden Zwischenstücke können bogenförmige Ausnehmungen ausgebildet sein, durch die sich die Triebwelle erstreckt.
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Vorzugsweise sind die beiden Zwischenstücke aus Aluminium gefertigt. Dabei können die Zwischenstücke durch Urformen (Spritzguss oder Aluguss) oder durch Umformen (Stanzen, Biegen oder Prägen) hergestellt sein.
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Um die Elastizität oder Nachgiebigkeit zu bestimmen, können in Umfangsrichtung, also in Längsrichtung der Zwischenstück Rillen in die Zwischenstücke eingebracht sein.
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Besonders bevorzugt wird es, wenn ein Abstand der Rillen oder eine Dicke der beiden Zwischenstücke von innen nach außen zunimmt. Es kann auch eine Breite der Rillen von innen nach außen abnehmen.
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Die beiden Zwischenstücke können durch Kleben oder Schweißen oder formschlüssig am Gehäuse und/oder an der gehäuseseitigen Lagerschale befestigt sein.
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Die Lagersitze können vor der Montage mittels eines Stempels geprägt werden, wodurch Fluchtungsfehler ausgeglichen werden können.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind 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 in einem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 einen Ausschnitt des ersten Ausführungsbeispiels aus 1,
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3 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und
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4 in einer perspektivischen Ansicht einen Zwischenstück gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus 3.
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1 zeigt in einem Längsschnitt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Am Außenumfang einer Triebwelle 1 ist eine Zylindertrommel 2 drehfest gekoppelt, an deren Umfang mehrere gleichmäßig verteilte Zylinderbohrungen 4 vorgesehen sind, von denen in 1 nur eine Zylinderbohrung 4 dargestellt ist. In den Zylinderbohrungen sind jeweilige Kolben 6 axial beweglich geführt, die über jeweilige Kolbenfüße 8 und Gleitschuhe 10 an eine nicht rotierende Schrägscheibe gekoppelt sind. Die Schrägscheibe ist als Schwenkwiege 12 ausgebildet, die in ihrer Mitte von der Triebwelle 1 durchsetzt ist.
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Die Schwenkwiege 12 kann über eine Verstellvorrichtung 14 um eine (nicht gezeigte) Schwenkachse geschwenkt werden, die senkrecht zur Triebwelle 1 und parallel zur Zeichenebene der 1 verläuft. Wenn die Triebwelle 1 mit der Zylindertrommel 2 und mit den Kolben 6 umläuft, und wenn dabei die Schwenkwiege 12 senkrecht zur Triebwelle 1 ausgerichtet ist, wird kein Hub der Kolben 6 in den Zylinderbohrungen 4 erzeugt. Wenn hingegen die Schwenkwiege 12 über die Verstellvorrichtung 14 gegenüber der Triebwelle 1 schräg gestellt wird, führt jeder Kolben 6 in seiner Zylinderbohrung 4 während eines Umlaufs einen Einwärts- und einen Auswärtshub aus.
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Bei jeder Veränderung des Schwenkwinkels bewegt sich die Schwenkwiege 12 um die Schwenkachse und relativ zu einem Gehäuse 16 der Axialkolbenmaschine. Dazu ist die Schwenkwiege 12 an zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Triebwelle 1 über ein jeweiliges kreisbogenförmiges Wälzlager 18 gegenüber dem Gehäuse 16 abgestützt und gelagert.
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2 zeigt einen Ausschnitt der längs geschnittenen Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine aus 1. Dabei sind einige Kolben 6 ohne die Zylindertrommel 2 dargestellt. Weiterhin sind die Schwenkwiege 12 und das Gehäuse 16 leicht vereinfacht dargestellt. Beide haben Durchgangsausnehmungen, durch die sich die (in 2 nicht gezeigte) Triebwelle 1 entlang einer Mittelachse 20 erstreckt. Beidseitig der Mittelachse 20 sind äußere seitliche Abschnitte der Schwenkwiege 12 über die beiden Wälzlager 18 gegenüber dem Gehäuse 16 abgestützt und gelagert.
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Wenn im Betrieb der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Kolben 6 – insbesondere hochdruckseitig – von Druckmittel beaufschlagt sind, entstehen jeweilige Druckkräfte 22, die sich zu einer von den Kolben 6 übertragenen Gesamtkraft 24 addieren lassen. Die Gesamtkraft 24 ist von der Mittelachse 20 etwas zu einer Hochdruckseite 26 der Axialkolbenmaschine verschoben und bewirkt eine Durchbiegung der Schwenkwiege 12. Dadurch ergibt sich eine Schrägstellung der von der Mittelachse 20 beabstandeten seitlichen Abschnitte der Schwenkwiege 12, an denen jeweils eine schwenkwiegenseitige Lagerschale 28 des zugeordneten Wälzlagers 18 anliegt.
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In dem Bereich, an dem eine gehäuseseitige Lagerschale 29 des Wälzlagers 18 anliegt, ist das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anpassungsvorrichtung vorgesehen. Jede Anpassungsvorrichtung weist einen Steg 30 auf, der durch eine Hinterschneidung in dem Gehäuse 16 gefertigt ist. Die Stege 30 sind (etwa vergleichbar mit der gehäuseseitigen Lagerschale 29) flach und kreisbogenförmig. In einen Zwischenraum 32 zwischen dem Gehäuse 16 und dem Steg 30 ist ein Elastomer 34 eingespritzt. Somit bilden beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 der jeweilige Steg 32 und das jeweilige Elastomer 34 gemeinsam die Anpassungsvorrichtung. Die elastische Anpassung an die Schrägstellung der beiden Wälzlager 18, die sich durch die Durchbiegung der Schwenkwiege 12 ergibt, erfolgt durch elastische Verformung des jeweiligen Stegs 30, wobei durch die Wahl und Beschaffenheit und Menge des Elastomers 34 im Zwischenraum 32 die Elastizität bestimmt werden kann. Darüber hinausgehend lässt sich auch über die Formgebung und Dicke der Stege 30 die Elastizität des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anpassungsvorrichtung bestimmen.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch die Schwenkwiege 12 und das Gehäuse 116 mit den beiden dazwischen angeordneten Wälzlagern 18 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
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Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel sind die beiden Anpassungsvorrichtungen, die jeweils zwischen dem Gehäuse 116 und der gehäuseseitigen Lagerschale 29 vorgesehen sind, von jeweiligen eingesetzten Zwischenstücken 130 aus Aluminium gebildet. Die Zwischenstücke 130 haben die Form eines Kreisbogens und sind durch ihre Gestaltung elastisch. Am Außenumgang jedes Zwischenstücks 130 sind drei sich in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung der Zwischenstücke 130 erstreckende Rillen 131 eingebracht. Dabei ist die jeweilige zur Mittelachse 20 benachbarte Rille 131 die breiteste und die tiefste Rille 131, während die Tiefen und die Breiten der Rillen 131 nach außen hin abnehmen.
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung eines der beiden Zwischenstücke 130, wobei die Rillen 131 nicht gezeigt sind. Es ist zu erkennen, dass an der der Mittelachse 20 zugewandten Seite im mittleren Bereich des Zwischenstücks 130 eine Ausnehmung 132 vorgesehen ist. Diese dient dazu, dass sich das Zwischenstück 130 und die Triebwelle 1 (vgl. 1) nicht berühren, und dazu, dass die Nachgiebigkeit des Zwischenstücks 130 dort erhöht wird.
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Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, deren Schrägscheibe über Wälzlager gegen ein Gehäuse abgestützt ist. Um eine Durchbiegung der Schrägscheibe im Betrieb der Axialkolbenmaschine zu kompensieren, sind elastische Bereiche vorgesehen, die z.B. gehäuseseitig an den Wälzlagern anliegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Triebwelle
- 2
- Zylindertrommel
- 4
- Zylinderbohrung
- 6
- Kolben
- 8
- Kolbenfuß
- 10
- Gleitschuh
- 12
- Schwenkwiege
- 14
- Verstellvorrichtung
- 16; 116
- Gehäuse
- 18
- Wälzlager
- 20
- Mittelachse
- 22
- Druckkraft
- 24
- Gesamtkraft
- 26
- Hochdruckseite
- 28
- schwenkwiegenseitige Lagerschale
- 29
- gehäuseseitige Lagerschale
- 30
- Steg
- 32
- Zwischenraum
- 34
- Elastomer
- 130
- Zwischenstück
- 131
- Rille
- 133
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19727071 A1 [0005, 0005]
- DE 102008013010 A1 [0005, 0005]
- DE 102012214343 A1 [0007]
