DE102017203928A1

DE102017203928A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102017203928A1
Application number: DE102017203928.0A
Authority: DE
Inventors: Christoph Fiala; Michael Hötger; Gunter Rzychon
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2017-03-09
Publication date: 2018-09-13
Also published as: US10859061B2; CN108571433A; CN108571433B; US20180258907A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (1) mit zumindest zwei Zylindern (5), in denen jeweils ein Kolben (6) hubverstellbar angeordnet ist, wobei in einer den jeweiligen Zylinder (5) begrenzenden Zylinderwandung (9) jeweils zumindest ein Hauptauslass (10) sowie ein Nebenauslass (11) zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem zugehörigen Zylinder (5) ausgebildet sind. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass der jeweilige Hauptauslass (10) über einen zugehörigen, separaten Hauptauslasskanal (17) fluidisch mit einer Auslasskammer (12) verbunden ist und die Nebenauslässe (11) jeweils durch einen Nebenauslasskanal (18) fluidisch mit der Auslasskammer (12) verbunden sind, wobei der jeweilige Nebenauslasskanal (18) separat von den Hauptauslasskanälen (17) ausgebildet ist. Hierdurch kommt es zu einer verringerten Interaktion zwischen den unterschiedlichen Zylindern (5) und somit zu einer Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse, in dem mehrere Zylinder angeordnet sind, in denen jeweils ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Mit Hilfe von Axialkolbenmaschinen ist es möglich, ein Arbeitsfluid zu fördern oder zu entspannen. Beim Fördern des Arbeitsfluids fungiert die Axialkolbenmaschine als eine Pumpe, wobei Energie, beispielsweise über eine Welle der Axialkolbenmaschine, aufgewendet wird, um das Arbeitsfluid anzutreiben. Beim Einsatz der Axialkolbenmaschine zum Entspannen des Arbeitsfluids wird Energie frei, die an einer Welle der Axialkolbenmaschine abgegriffen und vielseitig eingesetzt werden kann. In diesem Fall fungiert die Axialkolbenmaschine also als Expander für das Arbeitsfluid und/oder als Antrieb bzw. Motor.
Eine gattungsgemäße, als Axialkolbenmotor ausgestaltete Axialkolbenmaschine ist aus der DE 10 2015 103 743 A1 bekannt. Die Axialkolbenmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem eine zentrale axiale Führung ausgebildet ist, wobei die Welle der Axialkolbenmaschine in der Führung geführt ist. Die Führung umgeben mehrere Zylinder, in denen jeweils ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist. Die Kolben sind auf bekannte Weise miteinander gekoppelt, so dass ihre Hubverstellung zu einer Drehung der Welle führt. Zum Hubverstellen der Kolben wird der Axialkolbenmaschine über eine Zuführung Arbeitsfluid zugeführt und über eine Abführung aus der Axialkolbenmaschine abgeführt. Das Auslassen des Arbeitsfluids aus dem jeweiligen Zylinder erfolgt über einen Hauptauslass, der in einer Zylinderwandung des zugehörigen Zylinders ausgebildet ist. Der Hauptauslass wird durch die Hubverstellung des zugehörigen Kolbens freigegeben und verschlossen. In der jeweiligen Zylinderwandung ist zudem ein Nebenauslass vorgesehen, der ebenfalls dem Auslassen des Arbeitsfluids aus dem zugehörigen Zylinder dient, wobei die Nebenauslässe der Zylinder mittels eines Stellorgans, das mit der Welle drehfest verbunden ist, freigegeben und verschlossen werden. Die Hauptauslässe und die Nebenauslässe des jeweiligen Zylinders sind über einen gemeinsamen Auslasskanal mit einer Auslasskammer fluidisch verbunden, so dass aus dem Hauptauslass und dem Nebenauslass strömendes Arbeitsfluid über den Auslasskanal in die Auslasskammer strömt. Die Auslasskammer ist fluidisch mit der Abführung verbunden, so dass in der Auslasskammer befindliches Arbeitsfluid aus der Axialkolbenmaschine strömen kann. Der Auslasskanal ist als ein Ringkanal ausgebildet, derart, dass die Hauptauslässe und die Nebenauslässe aller Zylinder über diesen gemeinsamen Auslasskanal mit der Auslasskammer verbunden sind. Nachteilig hierbei ist, dass es im Betrieb der Axialkolbenmaschine zu Strömungen des Arbeitsfluids zwischen den unterschiedlichen Zylindern und/oder strömungsbedingten Interaktionen zwischen den Zylindern bzw. den darin angeordneten Kolben kommt. Dies gilt insbesondere für in Umfangsrichtung benachbart angeordnete Zylinder bzw. Kolben. So kann es insbesondere zum Überströmen des Arbeitsfluids zwischen einzelnen Zylindern kommen, welche zu unerwünschten Druckausgleichen, Pulsationen und dergleichen zwischen den Zylindern führen. Diese Effekte führen zu einer reduzierten Effizienz der Axialkolbenmaschine. Insbesondere kann es somit zu einer Verzögerung der gewünschten Dichteänderung des Arbeitsfluids, insbesondere der Expansion des Arbeitsfluids, kommen.
Dieser Umstand wird dadurch verstärkt, dass das Stellorgan üblicherweise derart ausgelegt wird, dass es zwischen benachbarten Zylindern zu Überschneidungen innerhalb eines abgeschlossenen Arbeitstakts kommt, um insbesondere Toleranzen und dergleichen zu berücksichtigen. Bei einer solchen Überschneidung sind Nebenauslässe zweier benachbarter Zylinder gleichzeitig geöffnet. In der Folge wird die Dichteänderung im Arbeitsfluid zusätzlich negativ beeinflusst und die Effizienz der Axialkolbenmaschine zusätzlich verschlechtert..
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit der Aufgabe, für eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effizienz auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, Hauptauslässe und Nebenauslässe einer Axialkolbenmaschine fluidisch separat mit einer Auslasskammer zum Auslassen eines Arbeitsfluids aus der Axialkolbenmaschine zu verbinden. Hierdurch wird die Interaktion bzw. Wechselwirkung zwischen dem Hauptauslass und dem Nebenauslass eines Zylinders der Axialkolbenmaschine erheblich reduziert. Auch die Hauptauslässe unterschiedlicher Zylinder werden durch diese Maßnahme getrennt fluidisch mit der Auslasskammer verbunden, so dass die fluidische bzw. strömungsbedingte Wechselwirkung zwischen unterschiedlichen Zylindern weiter reduziert wird. In der Folge kommt es in dem jeweiligen Zylinder zu verringerten Abweichungen von den erwünschten Druckverhältnissen im Arbeitsfluid. Insbesondere werden in der Folge Pulsationen und dergleichen verhindert oder zumindest reduziert und/oder der induzierte Mitteldruck erhöht. Im Ergebnis wird die Effizienz der Axialkolbenmaschine erhöht. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Axialkolbenmaschine ein Gehäuse auf, in dem eine Führung ausgebildet ist, wobei in der Führung eine Welle der Axialkolbenmaschine geführt ist. Die Axialkolbenmaschine weist zumindest zwei solche Zylinder auf, die im Gehäuse ausgebildet sind, wobei im jeweiligen Zylinder ein Kolben hubverstellbar angeordnet ist. Die Axialkolbenmaschine weist zudem eine Zuführung zum Zuführen des Arbeitsfluids in die Axialkolbenmaschine und eine Abführung zum Abführen des Arbeitsfluids aus der Axialkolbenmaschine auf. Der jeweilige Zylinder ist von einer zugehörigen Zylinderwandung begrenzt, wobei in der jeweiligen Zylinderwandung zumindest ein solcher Hauptauslass zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem zugehörigen Zylinder und ein vom zumindest einen Hauptauslass separater solcher Nebenauslass zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem zugehörigen Zylinder vorgesehen, insbesondere ausgebildet, sind. Die Hauptauslässe und die Nebenauslässe sind fluidisch mit der Auslasskammer verbunden, wobei die Auslasskammer zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem Gehäuse fluidisch mit der Abführung verbunden ist. Die Axialkolbenmaschine weist darüber hinaus zumindest ein Stellorgan auf, wobei mit dem zumindest einen Stellorgan die Nebenauslässe jeweils freigegeben bzw. verschlossen werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der jeweilige Hauptauslass in einen zugehörigen Hauptauslasskanal mündet, wobei die Hauptauslasskanäle separat ausgebildet sind und jeweils in die Auslasskammer münden. Somit kommt es zu einer getrennten Führung des aus dem jeweiligen Hauptauslass strömenden Arbeitsfluids zur Auslasskammer. Zudem sind die Nebenauslässe jeweils fluidisch mit einem Nebenauslasskanal verbunden, wobei der jeweilige Nebenauslasskanal separat von den Hauptauslasskanälen ausgebildet ist und in die Auslasskammer mündet. In der Folge sind die Hauptauslasskanäle getrennt vom jeweiligen Nebenauslasskanal zur Auslasskammer geführt.
Die separate Ausbildung der Kanäle bedeutet hierbei, dass diese innerhalb ihres Verlaufs vom zugehörigen Auslass bis zur Auslasskammer fluidisch getrennt und/oder beabstandet sind.
Die Hauptauslässe können prinzipiell auf beliebige Art geschlossen und geöffnet werden. Bevorzugt werden die Hauptauslässe im Betrieb der Axialkolbenmaschine durch die Hubverstellung des zugehörigen Kolbens verschlossen und freigegeben.
Die Ausbildung des jeweiligen Auslasses in der Zylinderwandung kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen der jeweilige Auslass in dem Zylinder radial begrenzenden Bereich der Zylinderwandung ausgebildet ist. Die separate Ausbildung des jeweiligen Hauptauslasses vom Nebenauslass des gleichen Zylinders ist vorteilhaft dadurch realisiert, dass der Hauptauslass von dem Nebenauslass beabstandet ist. Insbesondere ist der Nebenauslass axial von dem zumindest einen Hauptauslass beabstandet bzw. versetzt dazu angeordnet. Zum Einlassen des Arbeitsfluids in den jeweiligen Zylinder ist vorteilhaft jeweils ein Zylindereinlass vorgesehen. Der Zylindereinlass des jeweiligen Zylinders ist bevorzugt axial endseitig am Zylinder angeordnet. Bevorzugt ist es dabei, wenn der Nebenauslass im Vergleich zum zumindest einen Hauptauslass des gleichen Zylinders axial hin zum zugehörigen Zylindereinlass versetzt angeordnet ist.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Axialkolbenmaschine zumindest drei solche Zylinder mit jeweils zugehörigen Kolben aufweist. Auf diese Weise kann der Betrieb der Axialkolbenmaschine vereinfacht erfolgen.
Die Kolben der Axialkolbenmaschine sind zweckmäßig derart miteinander verbunden, dass sie im Betrieb der Axialkolbenmaschine eine Drehung der Welle zur Folge haben bzw. durch eine Drehung der Welle angetrieben werden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe einer Schrägscheibe bzw. einer Taumelscheibe realisiert sein, wobei die Kolben mechanisch mit der Scheibe verbunden und die Welle drehfest an der Scheibe angebracht ist.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen in zumindest einer der Zylinderwandungen zwei oder mehr solche Hauptauslässe angeordnet sind, die jeweils über einen solchen zugehörigen Hauptauslasskanal fluidisch mit der Auslasskammer verbunden sind. Das heißt, dass auch die Hauptauslasskanäle der Hauptauslässe des gleichen Zylinders voneinander separat sind. Das Vorsehen von zumindest zwei solchen Hauptauslässen führt zu einem vergrößerten Gesamtströmungsquerschnitt für das Arbeitsfluid, so dass beispielsweise ein entsprechend höherer Entspannungsgrad des Arbeitsfluids herbeigeführt werden kann. Der höhere Entspannungsgrad hat insbesondere eine erhöhte Effizienz der Axialkolbenmaschine zur Folge. Darüber hinaus führt die separate Ausbildung der Hauptauslasskanäle zu einer reduzierten Interaktion des durch die entsprechenden Hauptauslässe bzw. die Hauptauslasskanäle strömenden Arbeitsfluids, so dass auch hierdurch eine Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine erzielt wird.
Als vorteilhaft erweisen sich Varianten, bei denen wenigstens zwei der Hauptauslässe in der Zylinderwandung bezüglich des zugehörigen Zylinders radial gegenüberliegend angeordnet sind. Dabei können die Hauptauslässe diametral gegenüberliegend, insbesondere axial auf gleicher Höhe, angeordnet sein. Eine derartige Anordnung der Hauptauslässe in der Zylinderwandung führt zu einer gleichmäßigeren Strömung des Arbeitsfluids durch die Hauptauslässe. Hierdurch wird beispielsweise ein verbesserter Entspannungsgrad des Arbeitsfluids erreicht und folglich eine verbesserte Effizienz erzielt. Darüber hinaus kommt es zu einem verringerten strömungsbedingten Versatz bzw. einer verringerten strömungsbedingten Neigung des zugehörigen Kolbens, so dass Reibungsverluste und dergleichen reduziert werden und in der Folge die Effizienz der Axialkolbenmaschine gesteigert wird.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in wenigstens einer der Zylinderwandungen zwei oder mehr solche Nebenauslässe vorzusehen. Somit wird ein vergrößerter Gesamtströmungsquerschnitt für das Arbeitsfluid geschaffen. In der Folge wird ein höherer Entspannungsgrad des Arbeitsfluids erreicht, der insbesondere zu einer erhöhten Effizienz der Axialkolbenmaschine führt.
Zudem ist es möglich, wenigstens zwei der Nebenauslässe in der Zylinderwandung jeweils bezüglich des zugehörigen Zylinders radial gegenüberliegend, insbesondere diametral gegenüberliegend, anzuordnen. Eine derartige Anordnung führt zu einer gleichmäßigeren Strömung des Arbeitsfluids durch die Nebenauslässe. Die Folge ist insbesondere ein verbesserter Entspannungsgrad des Arbeitsfluids und somit eine verbesserte Effizienz der Axialkolbenmaschine. Ferner kommt es somit zu einem verringerten strömungsbedingten Versatz bzw. einer verringerten strömungsbedingten Neigung des zugehörigen Kolbens und folglich zu verringerten Reibungsverlusten und dergleichen, so dass die Effizienz der Axialkolbenmaschine gesteigert wird.
Prinzipiell kann für den jeweiligen Nebenauslass ein separater solcher Nebenauslasskanal vorgesehen sein, der den Nebenauslass fluidisch mit der Auslasskammer verbindet. Auf diese Weise kommt es zu einer reduzierten Interaktion des durch die entsprechenden Nebenauslässe bzw. die Nebenauslasskanäle strömenden Arbeitsfluids, so dass eine Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine erzielt wird.
Zu denken ist auch an Varianten, bei denen zumindest zwei solche Nebenauslässe über einen gemeinsamen solchen Nebenauslasskanal fluidisch mit der Auslasskammer verbunden sind. Die Nebenauslässe sind bevorzugt in Umfangsrichtung der Welle unmittelbar benachbarte Nebenauslässe. Hierbei kann es sich um Nebenauslässe unterschiedlicher Zylinder, insbesondere in Umfangsrichtung benachbarter Zylinder, handeln. Das Verwenden eines solchen gemeinsamen Nebenauslasskanals führt aufgrund der Arbeitsweise der Axialkolbenmaschine, insbesondere des Arbeitszyklus des jeweiligen Kolbens, zu keinen oder lediglich geringfügigen Interaktionen zwischen dem aus den unterschiedlichen Nebenauslässen strömenden Arbeitsfluid. In der Folge wird also eine solche Interaktion gering gehalten, wobei durch das Nutzen eines solchen gemeinsamen Nebenauslasskanals die Herstellung der Axialkolbenmaschine vereinfacht wird.
Vorteilhaft sind hierbei Ausführungsformen, bei denen das zumindest eine Stellorgan derart ausgestaltet ist, dass es im Betrieb der Axialkolbenmaschine nacheinander lediglich einen der mit einem solchen gemeinsamen Nebenauslasskanal mit der Auslasskammer verbundenen Nebenkanäle freigibt. Hierdurch wird die Wechselwirkung dieser Nebenauslässe weiter verringert und die Effizienz der Axialkolbenmaschine weiter erhöht.
Auch kann es vorgesehen sein, das zumindest eine Stellorgan derart auszugestalten, dass es pro Zylinder maximal zwei solche Nebenauslässe und/oder Nebenauslasskanäle gleichzeitig öffnet.
Als Vorteilhaft sind Ausführungsformen zu betrachten, bei denen die Auslasskammer von zumindest einem der Hauptauslässe, vorzugsweise von allen Hauptauslässen, und/oder von zumindest einem der Nebenauslässe, vorzugsweise von allen Nebenauslässen, möglichst weit, insbesondere maximal, beabstandet ist. Dies führt dazu, dass die Interaktion des durch die Hauptauslässe und/oder Nebenauslässe strömenden Arbeitsfluids reduziert wird. In der Folge kommt es zu einer Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine. Möglichst maximal beabstandet bezieht sich dabei insbesondere auf den Strömungspfad zwischen dem zumindest einen Hauptauslass und der Auslasskammer bzw. zwischen dem zumindest einen Nebenauslass und der Auslasskammer. Dementsprechend kann die maximale Beabstandung durch eine Maximierung des Abstands der Auslasskammer zum dem zumindest einen Hauptauslasskanal bzw. zu dem zumindest einen Nebenauslass realisiert sein. Insbesondere kann die Auslasskammer in einem axial endseitigen Bereich, beispielsweise im von dem jeweiligen Zylindereinlass gegenüberliegenden bzw. entfernten axialen Endbereich, des Gehäuses angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der jeweils zugehörige Hauptauslasskanal bzw. Nebenauslasskanal durch einen entsprechenden Verlauf zu einer Vergrößerung des Strömungspfads führen. Hierzu gehören gekrümmte Verläufe und/oder zueinander geneigt und/oder quer verlaufende Abschnitte des Hauptauslasskanals bzw. Nebenauslasskanals.
Zur Reduzierung der Interaktion des durch die unterschiedlichen Nebenauslässe strömenden Arbeitsfluids ist es vorstellbar, zumindest zwei der Nebenauslässen jeweils ein solches zugehöriges Stellorgan zuzuordnen. Es können also zwei Stellorgane vorhanden sein, die jeweils unterschiedliche Nebenauslässe freigeben und schließen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind vom zugehörigen Zylinder abgewandte Außenöffnungen von zumindest zwei solchen Nebenauslässen versetzt zueinander angeordnet und das zumindest eine Stellorgan derart an diese versetzte Anordnung angepasst, dass es die zugehörigen Nebenauslässe im Betrieb individuell, insbesondere unabhängig voneinander, freigibt und schließt. Somit wird die Interaktion des durch die entsprechenden Nebenauslässe strömenden Arbeitsfluids zumindest reduziert und in der Folge die Effizienz der Axialkolbenmaschine erhöht. Dabei kann es sich um die Nebenauslässe unterschiedlicher, insbesondere benachbarter, Zylinder handeln.
Eine derartige versetzte Anordnung ist vorteilhaft dadurch realisiert, dass die Außenöffnungen der Nebenauslässe axial versetzt zueinander angeordnet sind, wobei axial sich auf die Welle bzw. die Zylinder bezieht. Die axial versetzte Anordnung erlaubt es, an einem zugehörigen gemeinsamen Stellorgan Freigabemittel, beispielsweise Freigabeabschnitte, Aussparungen und dergleichen, entsprechend der versetzen Anordnung der Außenöffnungen vorzusehen, so dass lediglich ein solches Stellorgan zum Freigeben und Verschließen dieser Nebenauslässe gebraucht wird. Beispielsweise kann am Stellorgan der jeweiligen Außenöffnung ein Freigabeabschnitt zugeordnet sein, mit dem der zugehörige Nebenauslass freigegeben wird. Dabei sind die Freigabeabschnitte entsprechend der axial versetzten Anordnung der Außenöffnungen axial versetzt angeordnet. Das heißt, dass die Freigabeabschnitte des Stellorgans und die axial versetzte Anordnung der Außenöffnungen derart aneinander angepasst sind, dass bei einem radialen und axialen Überlapp des jeweiligen Freigabeabschnitts mit der zugehörigen Außenöffnung ein Strömen des Arbeitsfluids durch den zugehörigen Nebenauslass möglich ist. In der Folge kommt es zu einer verbesserten Trennung der Freigabe der jeweiligen Nebenauslässe und daher zu einer verringerten Wechselwirkung zwischen den entsprechenden Strömungen. Zudem kann die Axialkolbenmaschine platzsparender ausgebildet werden. Insbesondere kann das Stellorgan mit einem kleineren Radius realisiert werden.
Zu denken ist auch an Varianten, bei denen die Außenöffnungen in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Diese Außenöffnungen sind vorzugsweise zusätzlich axial versetzt angeordnet und/oder werden die zugehörigen Nebenauslässe von unterschiedlichen Stellorganen freigegeben und verschlossen.
Eine verbesserte Variante der Axialkolbenmaschine ergibt sich durch den schrägen Verlauf zumindest eines solchen Nebenauslasses durch die zugehörige Zylinderwandung. Der schräge Verlauf ist dadurch gegeben, dass die der Nebenauslass, insbesondere eine Längsachse des Nebenauslasses, mit der Axialrichtung der Welle und/oder des zugehörigen Zylinders einen Winkel von ungleich 90°, insbesondere einen spitzen Winkel, bildet. Die Folge ist eine längere Strecke durch den Nebenauslass und/oder eine größere Dichtfläche mit dem zumindest einen Stellorgan, so dass eine verbesserte Abdichtung des zumindest einen Nebenauslasses in der geschlossenen Stellung möglich ist. Dementsprechend kommt es zu verringerten Druckverlusten, welche wiederum zu einer Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine führen.
Der jeweilige Hauptauslasskanal und/oder Nebenauslasskanal kann prinzipiell beliebig verlaufen. Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen zumindest ein solcher Hauptauslasskanal und/oder Nebenauslasskanal, vorzugsweise alle Kanäle, im Wesentlichen axial, d.h. parallel zur Welle, verlaufen.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Hauptauslasskanäle und/oder der jeweilige Nebenauslasskanal im Wesentlichen achsparallel zur Welle verlaufen/verläuft. Hierdurch wird insbesondere die Herstellung der Axialkolbenmaschine vereinfacht. Zudem kommt es hierdurch zu reduzierten Übertragungsverlusten, welche zu einer Effizienzsteigerung der Axialkolbenmaschine führen.
Bevorzugt sind zudem Ausführungsformen, bei denen die Zylinder die Führung äquidistant umgeben. Gleiches gilt, sofern vorhanden für Nebenauslasskanäle, welche die Führung äquidistant umgeben.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein solcher Nebenauslasskanal radial näher an der Welle angeordnet ist als die Hauptauslasskanäle. Hierdurch ist es insbesondere möglich, das zumindest eine Stellorgan drehfest an der Welle zu befestigen und/oder in der Führung anzuordnen.
Als vorteilhaft erweisen sich Ausführungsformen, bei denen wenigstens ein solcher Nebenauslass in die Führung mündet und wenigstens ein solcher Nebenauslasskanal über einen Führungsauslass mit der Führung fluidisch verbunden ist. Das zumindest eine Stellorgan ist zudem vorteilhaft derart ausgestaltet, dass es den Nebenauslass beim Freigeben des Nebenauslasses fluidisch mit dem Führungsauslass verbindet. Hierdurch kann das zumindest eine Stellorgan in der Führung vorgesehen und die Axialkolbenmaschine kompakter ausgebildet werden. Zudem ist es möglich, das zumindest eine Stellorgan direkt mit der Welle zu koppeln, wodurch eine vereinfachte und/oder kompaktere Konstruktion der Axialkolbenmaschine möglich ist.
Das jeweilige Stellorgan kann prinzipiell beliebig ausgestaltet sein. Das jeweilige Stellorgan kann beispielsweise ein Walzenschieber sein, der drehfest mit der Welle verbunden ist. Als Stellorgan kann auch ein Nocken zum Einsatz kommen. Denkbar ist es auch, als Stellorgan bzw. als Freigabemittel ein Ventil einzusetzen. Selbstverständlich können auch unterschiedliche Stellorgane eingesetzt werden.
Besagte Freigabemittel können Aussparungen im Stellorgan, insbesondere im Walzenschieber sein.
Prinzipiell kann das Gehäuse einen Hohlraum aufweisen, in dem die Kanäle und/oder die Führung, beispielsweise in Form von Rohrkörpern, angeordnet sind.
Bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen das Gehäuse massiv ausgebildet ist, wobei die Auslässe und/oder die Kanäle und/oder die Zylinder in das Gehäuse eingebracht, insbesondere gefräst, gebohrt und dergleichen, sind. Das heißt, dass die Führung und/oder der jeweilige Kanal und/oder der jeweilige Zylinder eine Bohrung im Gehäuse sein können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 eine axial aufgeschnittene und unterbrochene Ansicht einer Axialkolbenmaschine,
2 einen stufenweisen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine.

Eine Axialkolbenmaschine 1, wie sie in 1 zu sehen ist, weist ein Gehäuse 2 auf, das massiv ausgebildet sein kann. Im Gehäuse 2 ist eine axial verlaufende Führung 3 ausgebildet, in der eine Welle 4 der Axialkolbenmaschine 1 drehbar geführt ist. Im Gehäuse 2 sind zudem mehrere Zylinder 5 ausgebildet, von denen in 1 zwei zu sehen sind. Im jeweiligen Zylinder 5 ist ein zugehöriger Kolben 6 hubverstellbar angeordnet, wobei die Kolben 6 in 1 gestrichelt und transparent dargestellt sind. Im Betrieb der im gezeigten Beispiel als Axialkolbenmotor 1' ausgestalteten Axialkolbenmaschine 1 wird der Axialkolbenmaschine 1 über eine Zuführung 7 ein Arbeitsfluid zugeführt, das durch ein nicht gezeigtes Steuerglied, beispielsweise eine drehfest an der Welle 4 angebrachte Drehscheibe, über einen zugehörigen Zylindereinlass 8 des jeweiligen Zylinders 5 in den zugehörigen Zylinder 5 eingelassen wird. Dabei entsteht eine Hubverstellung der Kolben 6, welche über geeignete Mittel, beispielsweise eine nicht gezeigte Schrägscheibe, derart miteinander gekoppelt sind, dass es hierdurch zu einer Drehung der Welle 4 kommt. Der jeweilige Zylinder 5 ist in Umfangsrichtung bzw. radial von einer Zylinderwandung 9 begrenzt, die einen Mantel des Zylinders 5 bildet. In der jeweiligen Zylinderwandung 9 ist zumindest ein Hauptauslass 10 sowie ein vom Hauptauslass 10 separater, beabstandeter Nebenauslass 11 ausgebildet, wobei die Hauptauslässe 10 und die Nebenauslässe 11 auf bekannte Weise dem Auslassen des Arbeitsfluids aus dem zugehörigen Zylinder 5 dienen. Der jeweilige Hauptauslass 10 sowie der jeweilige Nebenauslass 11 sind fluidisch mit einer Auslasskammer 12 verbunden, die als eine Ringkammer 13 ausgebildet sein kann und mit einer Abführung 14 der Axialkolbenmaschine 1 fluidisch verbunden ist, um das Arbeitsfluid aus der Axialkolbenmaschine 1 abzuführen bzw. auszulassen. Die Auslasskammer 12 ist axial von den Zylindereinlässen 8 beabstandet, insbesondere auf der axial gegenüberliegenden Seite und somit in einem axial endseitigem Bereich angeordnet. Die Axialkolbenmaschine 1 weist zudem zumindest ein Stellorgan 15 auf, mit dem der jeweilige Nebenauslass 11 geöffnet und geschlossen werden kann. Im gezeigten Beispiel ist ein einziges solches Stellorgan 15 vorgesehen, das als ein Walzenschieber 16, der in der Führung 3 aufgenommen und drehfest mit der Welle 4 verbunden ist, ausgebildet ist. Wie in 1 zu erkennen ist, ist der jeweilige Hauptauslass 10 axial vom zugehörigen Zylindereinlass 8 weiter beabstandet als der Nebenauslass 11 des zugehörigen Zylinders 5.
In 2 ist ein stufenweiser Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine 1 zu sehen, wobei der Querschnitt derart stufenweise ausgestaltet ist, dass die Hauptauslässe 10 und die Nebenauslässe 11 des jeweiligen Zylinders 5 zu sehen sind. In 1 ist dabei der in 2 mit A-A bezeichnete Schnitt der Axialkolbenmaschine 1 zu sehen. In 2 ist zu erkennen, dass die Axialkolbenmaschine 1 im gezeigten Beispiel drei solche Zylinder 5 sowie drei solche Kolben 6 aufweist. Zu erkennen ist auch, dass die Führung 3 und somit die Welle 4 und die Zylinder 5 achsparallel verlaufen, wobei die Zylinder 5 die Führung 3 äquidistant umgeben.
Wie in 2 weiter zu erkennen ist, mündet der jeweilige Hauptauslass 10 in einen zugehörigen Hauptauslasskanal 17, wobei die Hauptauslasskanäle 17 fluidisch getrennt und zueinander beabstandet und somit separat ausgebildet sind. Die Hauptauslasskanäle 17 münden jeweils in die Auslasskammer 12. Somit kann das durch den jeweiligen Hauptauslass 10 strömende Arbeitsfluid durch einen solchen zugehörigen Hauptauslasskanal 17 und separat von den anderen Hauptauslässen 10 sowie den Nebenauslässen 11 in die Auslasskammer 12 strömen. Zudem sind die Nebenauslässe 11 jeweils fluidisch mit einem Nebenauslasskanal 18 verbunden, wobei der jeweilige Nebenauslasskanal 18 fluidisch von den Hauptauslasskanälen 17 getrennt und beabstandet und somit separat ausgebildet ist und in die Auslasskammer 12 mündet. Somit kann das durch den jeweiligen Nebenauslass 11 strömende Arbeitsfluid insbesondere separat vom durch den jeweiligen Hauptauslass 10 strömenden Arbeitsfluid in die Auslasskammer 12 strömen. Prinzipiell ist es dabei vorstellbar, dass zwei solche Nebenauslässe 11 einen gemeinsamen solchen Nebenauslasskanal 18 besitzen. Im gezeigten Beispiel ist dem jeweiligen Nebenauslass 11 ein solcher, zugehöriger Nebenauslasskanal 18 zugewiesen. Zu erkennen ist ferner, dass die Auslasskanäle 17, 18 achsparallel zu den Zylindern 5 bzw. der Führung 3 verlaufen. Dabei umgeben die Nebenauslasskanäle 18 die Führung 3 äquidistant. Auch die Hauptauslasskanäle 17 umgeben die Führung 3 äquidistant, wobei die Nebenauslasskanäle 18 radial näher an der Führung 3 angeordnet sind als die Zylinder 5 und als die Hauptauslasskanäle 17.
In 2 ist ferner zu erkennen, dass in der jeweiligen Zylinderwandung 9 des jeweiligen Zylinders 5 zwei solche Hauptauslässe 10 ausgebildet sind, die jeweils über einen solchen zugehörigen Hauptauslasskanal 17 fluidisch mit der Auslasskammer 12 verbunden sind, wobei die Hauptauslässe 11 des jeweiligen Zylinders 5 in der Zylinderwandung 9 radial gegenüberliegend angeordnet sind.
Die vom zugehörigen Zylinder 5 abgewandten Außenöffnungen 19 der Nebenauslässe 11 können, wie in 1 zu sehen ist, axial versetzt zueinander angeordnet sein. Hierbei ist das Stellorgan 15 mit jeweils zugehörigen Freigabeabschnitten 20 versehen, wobei der jeweilige Freigabeabschnitt 20 im gezeigten Beispiel als eine Aussparung 21 des Stellorgans 15 ausgebildet ist, die sich in Umfangsrichtung des Stellorgans 5 über einen begrenzten Abschnitt erstreckt. Die Freigabeabschnitte 20 sind also entsprechend der axial versetzten Anordnung der Außenöffnungen 19 axial versetzt angeordnet, derart, dass neben einem radialen Überlapp auch ein axialer Überlapp des jeweiligen Freigabeabschnitts 20 mit der zugehörigen Außenöffnung 19 notwendig ist, um den zugehörigen Nebenauslass 11 freizugeben.
Die Nebenauslässe 11 können, wie in den 1 und 2 gezeigt, jeweils in die Führung 3 münden, wobei wenigstens ein solcher Nebenauslasskanal 18 über einen Führungsauslass 22, der in einer die Führung 3 begrenzenden Führungswandung 23 ausgebildet ist, fluidisch mit der Führung 3 verbunden ist, und wobei das Stellorgan 15 diesen Nebenauslass 11 beim Freigeben dieses Nebenauslasses 11 fluidisch mit dem Führungsauslass 22 verbindet. Im gezeigten Beispiel ist dem jeweiligen Nebenauslass 11 bzw. dem jeweiligen Nebenauslasskanal 18 ein solcher Führungsauslass 22 zugeordnet. Die fluidische Verbindung zwischen dem jeweiligen Nebenauslass 11 und dem zugehörigen Führungsauslass 22 wird dabei durch den Freigabeabschnitt 20 bzw. die Aussparung 21 des Stellorgans 15 hergestellt.
Wie in 1 zu erkennen ist, verläuft der jeweilige Nebenauslass 11 schräg durch die zugehörige Zylinderwandung 9 und schließt mit der Axialrichtung der Welle 4 bzw. des zugehörigen Zylinders 5 einen Winkel ein, der ungleich 90°, insbesondere spitz, ist.
Die Hauptauslässe 10 verlaufen im gezeigten Beispiel mit Bezug auf die Axialrichtung der Führung 3 bzw. der Welle 4 und der zugehörigen Zylinder 5 senkrecht bzw. radial. Zudem verlaufen die Führungsauslässe 22 mit Bezug auf die Axialrichtung der Führung 3 bzw. der Welle 4 ebenfalls radial.
Die Kanäle 17, 18 sowie die Zylinder 5 können durch eine entsprechende, materialentfernende Bearbeitung im massiven Gehäuse 2 eingebracht sein. Insbesondere können die Kanäle 17, 18, die Führung 3 und die Zylinder 5 jeweils in das Gehäuse 2 gebohrt sein. Auch können der jeweilige Hauptauslass 10 und/oder der jeweilige Nebenauslass 11 in das massive Gehäuse 2 gebohrt sein.
Die konstruktiven Maßnahmen der Axialkolbenmaschine 1 führen zu einer konstruktiven Entkopplung der Strömung des Arbeitsfluids aus dem jeweiligen Zylinder 5 und der Zylinder 5 untereinander. In der Folge werden Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Zylindern 5 reduziert, insbesondere der induzierte Mitteldruck erhöht. Hierdurch ergibt sich eine erhöhte Effizienz der Axialkolbenmaschine 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015103743 A1 [0003]

Claims

Axialkolbenmaschine (1), - mit einem Gehäuse (2), - mit einer im Gehäuse (2) ausgebildeten Führung (3), in der eine Welle (4) der Axialkolbenmaschine (1) geführt ist, - mit zumindest zwei im Gehäuse (2) ausgebildeten Zylindern (5), in denen jeweils ein Kolben (6) hubverstellbar angeordnet ist, - wobei der jeweilige Zylinder (5) von einer zugehörigen Zylinderwandung (9) begrenzt ist, - mit einer Zuführung (7) zum Zuführen eines Arbeitsfluids in die Axialkolbenmaschine (1) und einer Abführung (14) zum Abführen des Arbeitsfluids aus der Axialkolbenmaschine (1), - wobei in der jeweiligen Zylinderwandung (9) zumindest ein Hauptauslass (10) zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem zugehörigen Zylinder (5) angeordnet ist, - wobei in der jeweiligen Zylinderwandung (9) ein vom zumindest einen Hauptauslass (10) separater Nebenauslass (11) zum Auslassen von Arbeitsfluid aus dem zugehörigen Zylinder (5) angeordnet ist, - wobei die Hauptauslässe (10) und die Nebenauslässe (11) fluidisch mit einer Auslasskammer (12) im Gehäuse (2) verbunden sind und die Auslasskammer (12) zum Auslassen von Arbeitsfluid fluidisch mit der Abführung (14) verbunden ist, - mit wenigstens einem Stellorgan (15) zum Freigeben und Verschließen der Nebenauslässe (11), dadurch gekennzeichnet, - dass der jeweilige Hauptauslass (10) in einen zugehörigen Hauptauslasskanal (17) mündet, - dass die Hauptauslasskanäle (17) separat ausgebildet sind und jeweils in die Auslasskammer (12) münden, - dass die Nebenauslässe (11) jeweils fluidisch mit einem Nebenauslasskanal (18) verbunden sind, - dass der jeweilige Nebenauslasskanal (18) separat von den Hauptauslasskanälen (17) ausgebildet ist und in die Auslasskammer (12) mündet.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Zylinderwandungen (9) mindestens zwei solche Hauptauslässe (10) ausgebildet sind, die jeweils über einen solchen zugehörigen Hauptauslasskanal (17) fluidisch mit der Auslasskammer (12) verbunden sind.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei solche Hauptauslässe (10) in der Zylinderwandung (9) radial gegenüberliegend angeordnet sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei solche Nebenauslässe (11) über einen gemeinsamen solchen Nebenauslasskanal (18) fluidisch mit der Auslasskammer (12) verbunden sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Stellorgan (15) derart ausgestaltet ist, dass es im Betrieb nacheinander leidglich den Nebenauslass (11) eines solchen Zylinders (5) freigibt.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - dass vom zugehörigen Zylinder (5) abgewandte Außenöffnungen (19) von zumindest zwei solchen Nebenauslässen (11) unterschiedlicher Zylinder (5) versetzt zueinander angeordnet sind, - dass das zumindest eine Stellorgan (15) derart an die versetzte Anordnung der Außenöffnungen (19) angepasst ist, dass sich die zugehörigen Nebenauslässe (11) unabhängig voneinander freigeben und verschließen lassen.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, - dass vom zugehörigen Zylinder (5) abgewandte Außenöffnungen (19) von zumindest zwei solchen Nebenauslässen (11) unterschiedlicher Zylinder (5) axial versetzt zueinander angeordnet sind, - dass am zumindest einen Stellorgan (15) der jeweiligen Außenöffnung (19) ein Freigabeabschnitt (20) zum Freigeben des zugehörigen Nebenauslasses (11) zugeordnet ist, - dass die Freigabeabschnitte (20) entsprechend der axialversetzten Anordnung der Außenöffnungen (19) axial versetzt angeordnet sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein solcher Nebenauslass (11) schräg durch die zugehörige Zylinderwandung (9) verläuft.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptauslasskanäle (17) und/oder der jeweilige Nebenauslasskanal (18) achsparallel zur Welle (3) verlaufen/verläuft.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein solcher Nebenauslass (11) in die Führung (3) mündet und wenigstens ein solcher Nebenauslasskanal (18) über einen Führungsauslass (22) mit der Führung (3) fluidisch verbunden ist, wobei das Stellorgan (15) derart ausgestaltet ist, dass es den Nebenauslass (11) beim Freigeben des Nebenauslasses (11) fluidisch mit dem Führungsauslass (22) verbindet.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) massiv ausgebildet ist, wobei die Auslässe (10, 11) und/oder die Kanäle (17, 18) und/oder die Zylinder (5) und/oder die Führung (3) in das Gehäuse (2) eingebracht sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskammer (12) in einem axial endseitigen Bereich des Gehäuses (2) angeordnet ist.