-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbeneinheit der Schrägscheibenbauart, bevorzugt eine hydraulische Axialkolbeneinheit mit variabler Verdrängung. Die vorliegende Erfindung betrifft im Speziellen eine Niederhaltevorrichtung, die die Gleitschuhe auf der Schrägscheibe niederhalten.
-
Zum Einstellen der Verdrängung einer hydraulischen Axialkolbeneinheit der oben genannten Art - konstant oder variabel - wird eine geneigte oder neigbare Schrägscheibe verwendet. Auf dieser nicht rotierenden geneigten Schrägscheibe ist eine Vielzahl von Arbeitskolben gleitend in Gleitschuhen befestigt, welche in Umfangsrichtung auf der Schrägscheibe rotieren. Die Kolben können sich reziprok in Zylinderbohrungen relativ zu einem Zylinderblock bewegen. Dadurch ist der Zylinderblock in der Lage zu rotieren, wobei er eine Antriebswelle, die die Rotationsachse der hydraulischen Axialkolbeneinheit definiert, antreibt oder von dieser angetrieben wird. In einem bevorzugten Fall einer variabel einstellbaren hydraulischen Axialkolbeneinheit ist die Schrägscheibe schwenkbar, um den Hub der Kolben in den Zylinderbohrungen einzustellen. Zum Vermeiden, dass die Gleitschuhe von der Schrägscheibe abheben, ist eine Niederhaltevorrichtung vorgesehen, die die Kolben-Gleitschuhe in einer gleitenden Art und Weise auf der Gleitfläche der Schrägscheibe niederhalten. Dabei ist die Gleitschuhniederhaltevorrichtung mit einer radial inneren Oberfläche in Kontakt mit einer korrespondierenden Anlagefläche einer Führungskugel, die drehbar befestigt, jedoch axial relativ zu der Antriebswelle und dem Zylinderblock beweglich ist. Herkömmlicherweise ist die Kugelführung in Axialrichtung vorgespannt gelagert, so dass die Kugelführung die Niederhaltevorrichtung der Kolbengleitschuhe in Richtung der Gleitfläche der Schrägscheibe drückt.
-
Im Stillstand der hydraulischen Axialkolbeneinheit werden die Kolbengleitschuhe - im Weiteren nur „Gleitschuhe“ - durch die Vorspannkräfte der Kugelführung auf die Schrägscheibe gedrückt, wobei sie einen physischen Kontakt mit der Gleitfläche der Schrägscheibe haben. Bei Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Zylinderblocks werden die Gleitschuhe von der Gleitfläche abgehoben, wobei die abhebenden Kräfte, welche die Gleitschuhe von der Gleitfläche der Schrägscheibe abheben, mit der Zunahme der Drehgeschwindigkeit aufgrund des gyroskopischen Effekts zunehmen. Logischerweise muss der Gleitkontakt zwischen den Gleitschuhen und der Gleitfläche der Schrägscheibe geschmiert werden, um Reibung und Abrieb zu reduzieren und eine ordnungsgemäße Funktion der hydraulischen Axialkolbeneinheit zu gewährleisten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gleitlagerung zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe als hydrodynamisches Lager ausgestaltet, welches durch Arbeitsfluid durch zentrale Bohrungen innerhalb der Kolben und der Gleitschuhe versorgt wird. In anderen Ausführungsformen ist diese Gleitlagerung durch Leckagefluid oder einem Ölsumpf, in welchem das Triebwerk der hydraulischen Axialkolbeneinheit rotiert, geschmiert.
-
Unabhängig der Art der Gleitlagerung muss ein minimaler Spalt zwischen der Gleitfläche und der Schrägscheibe vorgesehen sein, insbesondere im Fall einer hydrodynamischen Lagerung. Das bedeutet, wenn die Drehung des Triebwerkes beginnt, arbeiten die abhebenden Kräfte, welche die Gleitschuhe von der Gleitfläche abheben, gegen die Kräfte der Führungskugel, welche die Gleitschuhe auf die Gleitfläche der Schrägscheibe drücken. Diese abhebenden Kräfte sollen bereits bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten niedrige Reibungsverhältnisse ermöglichen und Abrieb und Schäden an den beteiligten Teilen vermeiden, so wie darüber hinaus eine schnelle Reaktion bei der Steigerung der Drehgeschwindigkeit der Antriebseinheit ermöglichen. Diese Aspekte werden begünstigt, wenn die Führungskugelkräfte niedrig sind, so dass die Reibung zwischen den Gleitschuhen und der Gleitfläche schnell abnimmt, wenn das Triebwerk der hydraulischen Axialkolbeneinheit zu drehen beginnt.
-
Andererseits müssen die Kräfte der Führungskugel auf die Niederhaltevorrichtung relativ hoch sein, wenn das Triebwerk der hydraulischen Axialkolbeneinheit mit hoher Drehzahl rotiert, da die abhebenden Kräfte mit Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Triebwerks zunehmen. Wenn die Vorspannkräfte bei hohen Drehzahlen zu niedrig sind, erlaubt die Niederhaltevorrichtung den Gleitschuhen von der Gleitfläche zu weit abzuheben, so dass der Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Gleitfläche für eine adäquate Gleitlagerung zu groß wird. Darüber hinaus steigt in hydraulischen Axialkolbeneinheiten mit hydrodynamischen Lagern die Leckage zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe in einer ungewünschten Art und Weise, wenn der Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Gleitfläche zu groß ist.
-
Weiterhin steigen im Falle, dass die Gleitschuhe hydrodynamisch auf der Gleitfläche der Schrägscheibe gelagert sind, die abhebenden Kräfte mit dem Arbeitsdruck, das heißt, bei hohen Arbeitslastbedingungen auf das Triebwerk steigt der Abstand/der Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Gleitfläche mit steigendem Arbeitsdruck. Daher müssen die Niederhaltekräfte der Führungskugel hoch genug sein, um den Spalt für den ordnungsgemäßen Betrieb einer hydrodynamischen Lagerung klein genug zu halten, um so ein Übermaß an Leckage durch diesen Spalt zu vermeiden. Im Fall einer hydrodynamischen Lagerung der Gleitschuhe erhöhen die abhebenden Kräfte, die durch die Drehgeschwindigkeit verursacht sind, die abhebenden Kräfte, die durch den Arbeitsdruck erzeugt werden. Das bedeutet niedrige Drehzahlen mit hohem Arbeitsdruck müssen bei der Auslegung der Niederhaltekräfte berücksichtigt werden, die durch die vorgespannte Lagerung der Führungskugel erzeugt werden.
-
Im Stand der Technik wurde ein Kompromiss zwischen den zuvor genannten gegensätzlichen Anforderungen gemacht, wobei oftmals höhere Niederhaltekräfte zu Beginn der Rotation akzeptiert werden, um den Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe in akzeptablen Grenzen bei hohen Drehgeschwindigkeiten und/oder hoher Arbeitsbelastung, das heißt, bei hohem Arbeitsdruck, zu halten.
-
In
DE 10 2012 110 853 A1 (
JP 2014-095384 A ) wird ein Tellerfederelement als Niederhaltevorrichtung für diesen Zweck verwendet, um die Niederhaltekräfte auf die Gleitschuhe zu erzeugen. Dabei stützt sich das Tellerfederelement auf der Führungskugel, welche integral mit dem Zylinderblock ausgestaltet ist, ab. In
DE 1 453 639 C (
US 3,191,543 A ) wird ein kugelförmiger Ring durch Druckfedern gegen einen Niederhaltering gedrückt, der die Kolbengleitschuhe niederhält, wobei ausübende Kräfte von mindestens 300 bis 860 Pfund vorgeschlagen werden, um die Gleitschuhe in gleitenden Kontakt auf der Gleitfläche der Schrägscheibe zu halten. In
US 4,111,103 ist ein Niederhaltering an der Schrägscheibe am radial äußeren Rand einer Gleitschuhplatte befestigt und wird verwendet, um die Gleitschuhplatte in einem festen Abstand zur Schrägscheibe zu halten, wobei in jedem Betriebszustand der hydraulischen Axialkolbeneinheit die gleiche Leckage erlaubt wird. Dieser Spalt wird zuvor definiert und ist durch eine Unterlegscheibe zwischen der Gleitschuhplatte und der Schrägscheibe einstellbar.
-
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Gleitschuhniederhaltevorrichtung für hydraulische Axialkolbeneinheiten der Schrägscheibenbauart bereitzustellen, welche reduzierte Reibung am Beginn der Rotation des Triebwerks bereitstellt, um Verschleiß und Schäden an den Gleitschuhen und der Schrägscheibe zu verhindern und um ein schnelles Ansteigen der Drehgeschwindigkeit des Triebwerkes zu ermöglichen. Gleichzeitig ist es eine Aufgabe der Erfindung, optimale Schmierung und Gleitbedingungen zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe bei hohen Drehgeschwindigkeiten und/oder hoher Arbeitsbelastung des Triebwerks bereitzustellen, d.h., wenn der Arbeitsdruck in den Zylinderbohrungen hoch ist. Gleichzeitig ist es eine Aufgabe der Erfindung, Verluste aufgrund von Leckage auf einem Minimum zu halten. Dabei soll die erfindungsgemäße Vorrichtung einfach in ihrem Aufbau sein und einfach in eine hydraulische Axialkolbeneinheit einsetzbar sein, unabhängig, ob diese bereits existieren oder noch hergestellt werden. Weiter soll die erfindungsgemäße Lösung einfach in die Einheit montierbar sein und soll eine kostengünstige und robuste Lösung darstellen, wobei die Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung ein Minimum an Teilen und Bauraum benötigen soll.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine hydraulische Axialkolbeneinheit gemäß Anspruch 1 gelöst, insbesondere durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen hydraulischen Axialkolbeneinheit werden in den Unteransprüchen, die direkt oder indirekt von Anspruch 1 abhängen, angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Axialkolbeneinheit der Schrägscheibenbauart weist eine Antriebswelle auf, die geeignet ist, einen Zylinderblock anzutreiben oder von diesem angetrieben zu werden. Der Zylinderblock weist eine Vielzahl von Zylinderbohrungen auf, in welchen Kolben reziprok im Wesentlichen entlang der Rotationsachse der Antriebswelle und relativ zu den Zylinderbohrungen bewegbar sind. Erste Enden der Kolben stehen über die Zylinderbohrungen hinaus und weisen üblicherweise eine kugelige Form auf. Diese ersten Enden der Kolben sind gleitend mittels Kolbenschuhen auf einer Schrägscheibe befestigt, wobei diese Gleitschuhe gleitend auf einer Gleitfläche der Schrägscheibe mittels eines Gleitschuhniederhalterings niedergehalten werden. Dieser Gleitschuhniederhaltering ist parallel zur Gleitfläche angeordnet, wobei eine radial innere Oberfläche in physischem Kontakt mit einer entsprechenden Anlagefläche auf einer Führungskugel steht. Die Führungskugel hält den Gleitschuhniederhaltering auf den Gleitschuhen und ist drehfest auf der Antriebswelle fixiert. Die Führungskugel kann axial bezüglich der Antriebswelle und des Zylinderblocks in Richtung der Rotationsachse bewegt werden. Dabei ist die Führungskugel mittels Federn axial vorgespannt gelagert, welche sich beispielsweise am Zylinderblock abstützen und die Führungskugel in Richtung der Schrägscheibe drücken. Erfindungsgemäß ist ein Montagering am Zylinderblock angebracht, der die relative axiale Bewegung der Führungskugel in Richtung auf den Zylinderblock begrenzt. Die Führungskugel berührt mit ihrer kugeligen Oberfläche den Niederhaltering permanent, wodurch bei Stillstand und/oder bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und/oder bei niedrigem Arbeitsdruck des Triebwerks der hydraulischen Axialkolbeneinheit am gegenüberliegenden Ende der Führungskugel ein Spalt zum Montagering vorhanden ist. Damit wird in Betriebszuständen die Größe des Spaltes zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe durch einen physikalischen Anschlag begrenzt, hier der Montagering, wenn sich die Führungskugel auf den Zylinderblock zubewegt. Der Spalt ist bevorzugt auf einen Abstand begrenzt, der optimale Schmierung entweder bei interner oder externer Schmierung oder hydrodynamisch erlaubt.
-
Vorteilhafterweise ist die maximale Größe des Spaltes mittels des Montagerings durch einen physikalischen Anschlag begrenzt. Aufgrund dessen können die Federkräfte zum Niederhalten des Niederhalterings im Stillstand oder bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und/oder bei niedrigem Arbeitsdruck deutlich reduziert werden, wobei geringe Reibung und geringe Abnutzungsbedingungen ermöglicht werden und eine steile Rampe zum Beschleunigen des Triebwerks ermöglicht wird. Gleichzeitig werden Montagekräfte reduziert, was den Zusammenbauprozess des Triebwerks in die hydraulische Axialkolbeneinheit einfacher macht.
-
Bevorzugt kann die maximale Größe des Spaltes zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe in der Designphase der hydraulischen Axialkolbeneinheit erfolgen, die optimal ist für die Schmierung oder die Erzeugung eines hydrodynamischen Lagers mit einem Minimum an Leckage. Darüber hinaus kann die Position des Montagerings gemäß Produktions- und/oder Montagetoleranzen der hydraulischen Axialkolbeneinheit eingestellt werden. Weiter ist bevorzugt der Abstand des Montagerings zur Führungskugel einstellbar, wenn die hydraulische Axialkolbeneinheit in Betrieb genommen wird und/oder bei Wartungs- und Servicearbeiten während der Lebensdauer der hydraulischen Axialkolbeneinheit. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen hydraulischen Axialkolbeneinheit ist ein Spalt zwischen dem Montagering und der Führungskugel vorhanden, wenn die hydraulische Axialkolbeneinheit stillsteht und/oder bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und/oder niedrigem Arbeitsdruck. In diesem Fall ist die Führungskugel, welche relativ zum Zylinderblock bewegbar ist, in axialer Richtung gegen den Zylinderblock vorgespannt derart, dass die Führungskugel vom Zylinderblock weggedrückt wird. Dabei ist der Federweg durch den Gleitschuhniederhaltering, welcher mit seiner inneren radialen Oberfläche auf der Anlagefläche der Führungskugel anliegt, begrenzt.
-
Gleichzeitig wird eine minimale Kraft, die ausreichend ist, um ein Kräftegleichgewicht zwischen der Gleitschuh niederhaltenden Kraft und der resultierenden Gleitschuh abhebenden Kraft schon bei niedrigen Drücken und/oder geringen Drehgeschwindigkeiten erreicht. Folglich sind die Schmierverhältnisse als auch die Reibungsverhältnisse im Vergleich zum Stand der Technik optimiert. Dies ermöglicht eine bessere Reaktion der hydraulischen Axialkolbeneinheit auf Änderungen der Betriebsbedingungen, insbesondere bei steigenden Anforderungen an Arbeitsdruck und Drehgeschwindigkeit.
-
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die Kolben Längsbohrungen zum Leiten von Arbeitsfluid von den Zylinderbohrungen zu den Gleitschuhen auf, um ein hydrodynamisches Lager zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe auszubilden. Im Betrieb der hydraulischen Axialkolbeneinheit wird Hydraulikfluid über die Kolbenlängsbohrungen auf die Gleitfläche der Schrägscheibe geführt, d.h. zwischen die Gleitschuhe und die Schrägscheibe. Abhängig vom Arbeitsdruck werden die Gleitschuhe gemäß der Kraft, die durch den Arbeitsdruck und die Zentrifugal- und die gyroskopischen Kräfte erzeugt wird, von der Schrägscheibengleitfläche abgehoben. Es ist Aufgabe des Gleitschuhniederhalterings, den Abstand/den Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe zu begrenzen. Daher wurde in der Technik auf der radial äußeren Seite der Gleitschuhe der Niederhaltering unmittelbar mit einem Spalt zur Schrägscheibe fixiert oder es wurden hohe Federkräfte auf der radialen inneren Seite vorgesehen, um die Gleitschuhe auf der Schrägscheibe gegen die abhebenden hydrodynamischen gyroskopischen Kräfte niederzuhalten. Jedoch, wie oben bereits ausgeführt, werden die hydrodynamischen gyroskopischen Kräfte und die rotationsgyroskopischen Kräfte, die die Gleitschuhe von der Schrägscheibe abheben, größer, wenn der Arbeitsdruck und die Drehgeschwindigkeit der hydraulischen Axialkolbeneinheit zunimmt. Dies wird durch den zusätzlichen Montagering am Zylinderblock verhindert, welcher einen physikalischen Anschlag für die Führungskugel bei ihrer Bewegung in Richtung auf den Zylinderblock bereitstellt. Folglich ist der Spalt zwischen der Schrägscheibe und den Gleitschuhen in der Größe begrenzt. Aufgrund dessen geht nur ein Minimum an Arbeitsfluid aufgrund von Leckage verloren, da die Spalte zwischen einzelnen Gleitflächen der Gleitschuhe und der Schrägscheibe auf ein Minimum begrenzt sind, um gute Schmierverhältnisse bei niedriger Reibung und niedrigem Abrieb zu gewährleisten.
-
Andererseits sind die Niederhaltekräfte für die Gleitschuhe auf der Schrägscheibe niedrig genug, um ebenfalls eine gute Schmierung bei niedrigem Arbeitsdruck und/oder niedrigen Drehgeschwindigkeiten zu gewährleisten. Das ermöglicht eine hohe Effizienz der hydraulischen Axialkolbeneinheit in Niedrigdruck- und/oder niedrigen Geschwindigkeitszuständen. Letztendlich werden die entgegengerichteten Anforderungen an die Niederhaltekräfte - hohe Niederhaltekräfte bei hohen Drehgeschwindigkeiten und/oder hohem Arbeitsdruck und niedrige Niederhaltekräfte bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und/oder hohen Arbeitsdrücken -durch die erfindungsgemäße Gleitschuhniederhaltevorrichtung erfüllt, welche einen zusätzlichen, am Zylinderblock befestigten Montagering, aufweist. Mittels des Montagerings wird ein physikalischer Anschlag am gewünschten Ende der Wegstrecke der Führungskugel erreicht, welcher die Gleitbedingungen unter hoher Drehgeschwindigkeit und/oder hoher Arbeitsdruckbelastung definiert. Mittels der Entkopplung der Vorrichtung zum Niederhalten des Niederhalterings von den Federkräften, welche die Führungskugel auf den Niederhaltering bei hohen Arbeitslastbedingungen drücken, können diese Federkräfte auf ein Minimum reduziert werden, um niedrigen Reibgleitkontakte der Gleitschuhe auf der Gleitoberfläche der Schrägscheibe bei niedrigem Arbeitsdruck und/oder niedrigen Drehgeschwindigkeitszuständen zu gewährleisten.
-
Der Montagering zum Begrenzen der axialen Bewegung der Führungskugel bezüglich des Zylinderblocks kann am Zylinderblock durch Presssitz, Kleben, Schweißen, Schrumpfen, Klemmen, Krimpen oder durch plastische Deformation befestigt werden. Eine weitere bevorzugte Möglichkeit ist das Ausbilden einer Schulter am Zylinderblock, auf der sich der Montagering abstützen kann. In diesem Fall kann der Montagering in axialer Richtung durch Aufpressen oder Wärmeschrumpfung befestigt werden. Auch wenn eine freie axiale Anlage gegen die Schulter des Montagerings möglich ist, kann dies jedoch Geräusche während des Betriebs der hydraulischen Kolbeneinheit verursachen. Es ist auch möglich, dass sich ein nicht fixierter Montagering in axialer Richtung mit dem Zylinderblock verklemmt, wobei er die Bewegungsstrecke der Führungskugel bezüglich des Zylinderblocks reduziert und dabei den möglichen Spalt zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe reduziert. Reduzieren dieses Spaltes gefährdet den Schmierfilm zwischen den Gleitschuhen und der Schrägscheibe. Jedoch definiert der Montagering die maximale erlaubte axiale Bewegungslänge für die Führungskugel und hält diese aufrecht, was in diesem schulterbasierten Ausführungsbeispiel durch Auswahl eines Montagerings mit unterschiedlichen Dicken in Abhängigkeit von Produkt- und Montagetoleranzen einstellbar ist. Diese Toleranzen werden beispielsweise vor der Endmontage und Inbetriebnahme der hydrostatischen Axialkolbeneinheit oder während Wartungsarbeiten an der hydrostatischen Axialkolbeneinheit gemessen. Bei letzterer kann Abrieb an den involvierten Teilen ebenfalls berücksichtigt werden.
-
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Unterlegscheibe (Distanzscheibe) zwischen der Führungskugel und dem Montagering während des Montageprozesses der hydrostatischen Axialkolbeneinheit angeordnet, wobei die Dicke der Unterlegscheibe der Größe des Spaltes entspricht, die in der Designphase der hydraulischen Axialkolbenmaschine berechnet/bestimmt wurde. Konsequenterweise muss die Unterlegscheibe (Distanzscheibe) nach der Montage entfernt werden, um den Spalt und die Bewegbarkeit der Führungskugel in axialer Richtung zu garantieren. In einer weiteren Ausführungsform kann die axiale Position des Montagerings bezüglich des Zylinderblocks oder des Niederhalterings durch Vermessen der beteiligten Teile und/oder deren axialer Position relativ zueinander eingestellt werden.
-
Der Montagering ist bevorzugt aus Metall, Gummi oder Kunststoffmaterial oder aus einer Kombination dieser Materialien. Die Auswahl, welches Material für den Montagering verwendet werden soll, hängt von den Eigenschaften der hydraulischen Axialkolbeneinheit ab, wie volumetrische Größe, anwendbarer Drehzahlbereich und/oder maximaler Arbeitsdruck, etc. Gegebenenfalls bevorzugt ist die Verwendung von Gummimaterial in Kombination beispielsweise mit Metall- oder Plastikmaterial zum Erzielen einer nachgiebigen Eigenschaft für die axiale Anlage der Führungskugel auf dem Montagering, zumindest in dem Bereich, in dem die Führungskugel gegen den Montagering stößt. Dies kann beispielsweise, in hydraulischen Axialkolbenpumpen vorteilhaft sein, die mit schnell und oft den Arbeitsdruck wechseln und/oder mit schnell wechselnden Drehzahlen betrieben werden. Man kann sich die Ausgestaltung des Montagerings aus einem nachgiebigen Material vorstellen, das dick genug ist, um die Führungskugel in axialer Richtung vom dem Zylinderblock weg zu schieben, so dass die elastischen Kräfte zum Aufrechterhalten des gleitenden Kontakts der Gleitschuhe auf der Schrägscheibe durch den Montagering bereitgestellt werden. In diesem Fall können Federn oder andere elastische Teile zwischen dem Führungsball und dem Zylinderblock vermieden werden, was zu weiteren kosteneinsparenden Konstruktionen führt. Für einen Fachmann ist es naheliegend, dass als Querschnitt des Montagerings jeder geeignete Querschnitt, der am besten mit dem Anlagebereich der Führungskugel zusammenpasst und zum Design des Zylinderblocks am besten passt ausgewählt werden kann. Es gibt keine Begrenzung für die Gestaltung des Querschnitts des Montagerings, jedoch sind einfache Querschnitte, wie ein im Wesentlichen rechteckiger oder kreisförmiger Querschnitt, hinsichtlich Kostenaspekten bevorzugt.
-
Für einen Fachmann ist es naheliegend, dass die erfindungsgemäße hydraulische Axialkolbeneinheit der konstanten Verdrängungsbauart oder der variablen Verdrängungsbauart sein kann, d.h. mit einer fixiert geneigten Schrägscheibe oder mit einer verschwenkbaren Schrägscheibe zum Einstellen des Verdrängungsvolumens der hydraulischen Axialkolbeneinheit. Auch sind variable Verdrängungseinheiten von der Erfindungsidee umfasst, bei denen die Schrägscheibe zwischen positiven und negativen Winkeln verschwenkt werden kann.
-
Eine Ausführung einer hydraulischen Axialkolbenpumpe gemäß der Erfindung ist in den anhängenden Zeichnungen in größerem Detail angegeben, was den Umfang der Erfindungsidee nicht einschränkt. Alle Merkmale der gezeigten und illustrierten Ausführungsform können in jeder gewünschten Kombination innerhalb des Umfangs der Erfindung miteinander kombiniert werden. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Querschnitt einer hydraulischen Axialkolbeneinheit;
- 2 eine vergrößerte Teilansicht des Querschnitts in 1;
-
1 zeigt schematisch einen Querschnitt einer hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 der Schrägscheibenbauart. In einem Gehäuse 3 der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 ist eine Antriebswelle 2 gelagert, die eine Rotationsachse 10 aufweist. Die Rotationsachse 10 definiert die axiale Richtung der hydraulischen Axialkolbenpumpe 1. Die Antriebswelle 2 ist ausgelegt, um einen Zylinderblock 4, der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 6 aufweist, anzutreiben oder von diesem angetrieben zu werden. In den Zylinderbohrungen 6, die im Wesentlichen in Richtung der Rotationsachse 10 ausgerichtet sind, sind Kolben 8 angeordnet, die reziprok in Richtung der Zylinderbohrungen 6, das heißt reziprok im Wesentlichen entlang der axialen Richtung 10 der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 bewegbar sind. Erste Enden der Kolben 8, welche über die Zylinderbohrungen 6 hinausstehen, sind gleitend mittels Kolbenschuhen 14 an einer Schrägscheibe 16 befestigt, welche nicht mit der Antriebswelle 2 dreht. Da der Zylinderblock 4 um die Antriebswelle 2 dreht, gleiten die Gleitschuhe 14 auf der Gleitfläche 18 der Schrägscheibe 16. Ein Gleitschuhniederhaltering 20 ist montiert, um das Abheben der Gleitschuhe 14 von der Schrägscheibe 16 zu verhindern. Der Gleitschuhniederhaltering 20 selbst wird durch eine Führungskugel 24 gehalten, ist drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden und ist in axialer Richtung der Antriebswelle 2 beweglich. Dabei überlappt die Führungskugel 24 teilweise mit dem Zylinderblock 4 und ist vorgespannt mittels Führungskugelfedern 28 gegen den Zylinderblock 4 vorgespannt, um elastische Kräfte auf den Gleitschuhniederhaltering 20 bereitzustellen, der das Abheben der Gleitschuhe 14 von der Schrägscheibe 16 im Stillstand und/oder bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten und/oder bei niedrigem Arbeitsdruck des Triebwerks der hydraulischen Axialkolbeneinheit vermeidet. In der Nähe desselben Endes der Führungskugel 24 dem Zylinderblock 4 zugewandt, ist ein Montagering 30 am Zylinderblock 4 mit einem Abstand/Spalt zu der Führungskugel 24 in den zuvor genannten Konditionen der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 angeordnet.
-
Im Betrieb der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 - die exemplarisch als hydraulische Axialkolbenpumpe, wie in 1 dargestellt, betrieben wird - wird Arbeitsfluid unter Druck in die Zylinderbohrungen 6 geleitet, wobei Kolben 8 aus den Zylinderbohrungen 6 herausgedrückt werden, wodurch die Rotation des Zylinderblocks 4 initiiert wird. Innerhalb der Kolben 8 ist eine Längsbohrung 9 vorgesehen, um Hydraulikfluid von den Zylinderbohrungen 6 zu den Gleitschuhen 14 zu leiten, wobei jeder eine Schmierbohrung 19 zum Leiten von Hydraulikfluid zur Gleitfläche 18 auf der Schrägscheibe 16 aufweist. Aus 1 ist ersichtlich, dass, wenn Hydraulikfluid unter Druck über die Längsbohrungen 9 im Kolben 8 und über die Schmierbohrung 19 im Gleitschuh 14 auf die Gleitfläche 18 an der Schrägscheibe 16 geleitet wird, versucht wird die Kolbenschuhe 14 von der Gleitfläche 18 der Schrägscheibe 16 abzuheben. Der Gleitschuhniederhaltering 20 arbeitet gegen diese abhebenden Kräfte, da er sich mit einer radialen inneren Oberfläche 22 gegen eine Anlagefläche 26 auf der Führungskugel 24 abstützt. Die Führungskugel 24 ist auf der Antriebswelle 22 befestigt und stützt sich elastisch in axialer Richtung auf dem Zylinderblock 4 ab. In dieser Weise ist eine elastische axiale Bewegung der Führungskugel 22 ermöglicht, wobei die Führungskugel 24 immer mit seiner Anlagefläche 26 mit der inneren radialen Oberfläche 22 des Niederhalterings 20 in Kontakt ist. Zumindest im Stillstand der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 ist ein Spalt zwischen der Führungskugel 24 und dem Montagering 30 vorhanden.
-
Im Betrieb der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 kann der Spalt zwischen der Führungskugel 24 und dem Montagering 30 teilweise oder komplett geschlossen werden, wodurch ein entsprechender Spalt zwischen den Gleitschuhen 14 und der Gleitfläche 18 auf der Schrägscheibe 16 ermöglicht wird. In diesem Spalt zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 können Schmiermittel eintreten, bevorzugt hydraulisches Arbeitsfluid unter Druck. Der Montagering 30 begrenzt den Spalt zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Gleitfläche 18 auf der Schrägscheibe 16 durch Ausbilden eines physikalischen Anschlags für die Bewegung der Führungskugel 24 in axialer Richtung auf den Zylinderblock 4. Hydrostatische und rotatorische gyroskopische Kräfte heben die Gleitschuhe 14 von der Gleitfläche 18 der Schrägscheibe 16 ab und drücken den Niederhaltering 20 mit seiner radialen inneren Oberfläche auf die Anlagefläche 26 auf der Führungskugel 24 und drücken damit die Führungskugel 24 in Richtung auf den Montagering 30. Letztendlich sind in Betriebszuständen der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 die Kolbenschuhe, der Kolbenschuhniederhaltering 20, die Führungskugel 24, der Montagering 30, der Zylinderblock 4 und eine Ventilplatte 32 am gegenüberliegenden Ende des Zylinderblocks 4 kontinuierlich in physikalischen Kontakt miteinander. Darüber hinaus kann der Montagering 30 adäquat in axialer Richtung des Zylinderblocks 4 derart positioniert werden, dass die Spaltbreite zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 zum Ausbilden einer optimalen Schmierung und Betriebsbedingungen für das Triebwerk der hydrostatischen Axialkolbeneinheit 1 optimiert wird.
-
In 2 ist ein Teil des Querschnitts der 1 vergrößert gezeigt, wobei die erfindungsgemäße Axialkolbeneinheit stillsteht. Aus 2 ist ersichtlich, dass Federn 28 die Führungskugel 24 vom Zylinderblock 4 wegdrücken und dass die Kolbenschuhe14 über die Anlagefläche 26 auf der Führungskugel 24 und die radial innere Oberfläche 22 des Niederhalterings 20 mittels elastischen Kräften der Federn 28 gegen die Gleitfläche 18 der Schrägscheibe 16 gedrückt werden. In der Nähe der Führungskugel 24 ist der Montagering 30 mit einem vordefinierten Spalt am Zylinderblock 4 befestigt und stellt einen physischen Anschlag für die Führungskugel 24 dar, wenn diese in axialer Richtung auf den Zylinderblock 4 zubewegt wird. Dies tritt ein, wenn Hydraulikfluid unter Druck über die Längsbohrung 9 in den Kolben 8 und über die Schmierbohrung 19 in den Kolbenschuhen 14 eine hydraulische Kraft erzeugen, um die Kolbenschuhe 14 von der Schrägscheibe 16 zu separieren. Da der Gleitschuhniederhaltering 20 physisch mit seiner inneren radialen Oberfläche 22 mit der Anlagefläche 26 auf der Führungskugel 24 im Eingriff steht, werden die drei Elemente - Kolbenschuhe 14, Montagering 30 und Führungskugel 24 - in axialer Richtung auf den Zylinderblock 4 zubewegt, bis die Führungskugel 24 am Montagering 30 anliegt. Diese Situation tritt im Betriebszustand der hydraulischen Axialkolbeneinheit ein, wobei der Spalt zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 maximal ist, wenn die Führungskugel 24 den Montagering 30 berührt. Dieser maximale Spalt bleibt so lange konstant, solange der Arbeitsdruck zusammen mit den rotatorischen gyroskopischen Kräften die Kräfte der Federn 28 übersteigt. Dieser definierte Spalt stellt eine optimale Größe für die Schmierung zwischen Gleitschuhen 14 und der Gleitfläche 18 der Schrägscheibe 16 bereit.
-
Es ist leicht ersichtlich, insbesondere aus 2, dass die Position des Montagerings 30 die Größe des Spalts zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 definiert. Konsequenterweise, wenn die Position des Montagerings 30 einstellbar ist, ist der Spalt zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 ebenfalls einstellbar. Dies ermöglicht eine Kompensation von Produktions- und Montagetoleranzen des Zylinderblocks 4, der Führungskugel 24, des Montagerings 30, der Kolbenschuhe 14 und der Schrägscheibe 16. In dieser Toleranz-Kompensationskette partizipieren ebenfalls die Ventilplatte 32 und die Endkappe 34 auf der anderen Seite des Zylinderblocks 4, wobei Letztere das gegenüberliegende Ende des Triebwerks der hydraulischen Axialkolbeneinheit 1 bilden. Insbesondere ist aus 2 weiter ersichtlich, dass eine Integration der Federn 28 in den Montagering 30 im Umfang der Designmöglichkeiten eines Fachmanns liegen, um eine elastische Anlage der Führungskugel 24 am Montagering 30 zu erreichen. Jedoch kann es, für hochgenaue Einheiten bevorzugt sein, dass das Limit der Spaltgröße bzw. der axialen Bewegung der Führungskugel 24 durch einen physikalischen Anschlag ausgebildet wird, wobei physikalisch die Breite des Spalts zwischen den Kolbenschuhen 14 und der Schrägscheibe 16 begrenzt wird.
-
Zusammenfassend wird eine hydraulische Axialkolbeneinheit 1 bereitgestellt, in welcher die optimalen Schmierbedingungen zwischen den Kolbenschuhen (Kolbengleitschuhen) und der Schrägscheibe in jeder Betriebsbedingung der hydraulischen Axialkolbeneinheit in einer einfachen, kostengünstigen und robusten Art erreicht werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Hydraulische Axialkolbeneinheit
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- Zylinderblock
- 6
- Zylinderbohrung
- 8
- Kolben
- 9
- Längsbohrung
- 10
- Rotationsachse
- 12
- Erstes Kolbenende
- 14
- Gleitschuhe
- 16
- Schrägscheibe
- 18
- Gleitfläche
- 19
- Schmierbohrung
- 20
- Gleitschuhniederhaltering
- 22
- Innere radiale Oberfläche
- 24
- Führungskugel
- 26
- Anlagefläche
- 28
- Feder
- 30
- Montagering
- 32
- Ventilblatt
- 34
- Endkappe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102012110853 A1 [0008]
- JP 2014095384 A [0008]
- DE 1453639 C [0008]
- US 3191543 A [0008]
- US 4111103 [0008]
