-
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Steuerplatte für die Axialkolbenmaschine gemäß dem Patentanspruch 8.
-
Hydrostatische Axialkolbenmaschinen haben eine drehbare Zylindertrommel, in der im Wesentlichen parallel zur Drehachse und auf einem zu dieser im Wesentlichen konzentrischen Teilkreis Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Arbeitskolben längsverschieblich aufgenommen ist. Diese sind an einer schiefen Ebene der Axialkolbenmaschine, im Falle einer Schrägscheibenbauweise gleitend und im Falle einer Schrägachsenbauweise drehfest, abgestützt. Von den Arbeitskolben und den Zylinderbohrungen sind hydrostatische Arbeitsräume gebildet, die rückwärtig jeweils eine Mündung in einer Stirnseite der Zylindertrommel aufweisen. Diese Mündungen werden alternierend mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine verbunden. Hierzu bedarf es eines zwischen den gehäusefesten Anschlüssen und den rotierenden Mündungen angeordneten Steuerelements, einer Steuerplatte. Diese hat für jeden Anschluss je eine am Teilkreis orientierte Durchgangsausnehmung oder Gruppe von Durchgangsausnehmungen, die mit jeder Umdrehung der Zylindertrommel wiederkehrend von den Mündungen der Zylindertrommel überfahren werden. Auf diese Weise wird jeder hydrostatische Arbeitsraum alternierend mit dem Nieder- und dem Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine druckmittelverbunden.
-
Die Zylindertrommel sitzt dabei mit hohem, aus den Kolbenkräften resultierendem Druck auf der Steuerplatte auf, die dadurch an einen Gehäuseteil gepresst ist, welcher die Anschlüsse aufweist. Dabei erfährt die Steuerplatte eine erhebliche und zudem ungleichmäßige Kraftbeaufschlagung, da die Belastung im Bereich der hochdruckführenden Arbeitsräume hoch und insbesondere bedeutend höher als im Bereich der niederdruckführenden Arbeitsräume ist. Dies kann zu einer Verformung der Steuerplatte führen, so dass diese nicht mehr plan an der Zylindertrommel anliegt. Dadurch kann in diesem Bereich eine Leckage auftreten, was insbesondere einen Wirkungsgradverlust nach sich zieht.
-
Ein gängiges Mittel dies zu vermeiden, ist zumindest die Durchgangsausnehmung, die mit dem Hochdruckanschluss verbunden ist, mit Versteifungsstegen zu durchziehen. Daraus folgt jedoch eine Verringerung des Strömungsquerschnittes, wodurch ebenso ein Wirkungsgradverlust auftreten kann.
-
Aus der Druckschrift
US 2 242 701 ist bekannt, die beschriebene Undichtigkeit im Bereich zwischen der Zylindertrommel und der Steuerplatte dadurch zu verhindern, dass zwischen den beiden Komponenten ein flexibles Dichtelement angeordnet ist, das sich unter Einwirkung des Arbeitsdrucks anpasst und so die Dichtigkeit erhöht. Nachteilig hieran ist, dass diese Lösung im Dauerbetrieb einen hohen Verschleiß aufweist.
-
Eine Lösung ohne Dichtelement zeigt die Druckschrift
DE 10 2010 047 431 A1 der Anmelderin, in der vorgeschlagen wird, die Steuerplatte kraftschlüssig im die Anschlüsse aufweisenden Gehäuseteil zu halten. Dabei ist die Steuerplatte in eine Nut eingepresst und liegt plan am Gehäuseteil auf. Die von der Zylindertrommel aufgeprägte Kraft kann somit vom massiven, starren Gehäuseteil aufgenommen werden, welches die Steuerplatte rückwärtig stützt. Auf diese Weise kann die vorgenannte Verformung der Steuerplatte und die resultierende Leckage vermieden werden. Das Einfügen von Stegen kann somit entfallen. Die eingepresste Steuerplatte reagiert jedoch sensibel auf Toleranzfehler, so dass es unerwünscht zu einer Verformung und zu einer hohen Eigenspannung kommen kann. Die Eigenspannung kann dabei derart groß sein, dass die Anpresskraft der Zylindertrommel nicht mehr ausreicht, die Steuerplatte in ihre plane Form zurückzudrücken. In Folge kann es auch hier zu Leckage und Wirkungsgradverlusten kommen.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit höherer Sicherheit gegen Leckage zwischen Zylindertrommel und Steuerplatte zu schaffen. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuerplatte für diese Axialkolbenmaschine zu schaffen.
-
Die erste Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch eine Steuerplatte mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
-
Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine hat ein Gehäuse mit einer darin drehbar aufgenommen Zylindertrommel. In dieser erstrecken sich in axialer Richtung also parallel oder etwa parallel zur Drehachse der Zylindertrommel, Zylinder, in denen jeweils ein Arbeitskolben axial verschieblich aufgenommen ist. Außerhalb des Zylinders ragt dieser insbesondere aus der Zylindertrommel heraus. Er ist an einer schiefen Ebene der Axialkolbenmaschine abgestützt. Insbesondere bei Ausführung der Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise ist der Arbeitskolben gleitend an einer Schrägscheibe mit konstantem oder verstellbarem Anstellwinkel abgestützt. Im Fall der Schrägachsenbauweise ist der Arbeitskolben drehfest an einer zur Drehachse der Zylindertrommel angestellten schiefen Ebene, insbesondere einem Flansch, abgestützt, insbesondere verbunden. Jeder der Arbeitskolben begrenzt zusammen mit dem Zylinder, in dem er aufgenommen ist, einen hydrostatischen Arbeitsraum zumindest abschnittsweise. Jeder der Arbeitsräume hat dabei eine Mündung in einer Stirnfläche der Zylindertrommel, mit der diese an einer Steuerplatte oder Verteilerplatte abgestützt ist. Letztgenannte hat Durchgangsausnehmungen, die insbesondere nierenförmig ausgestaltet sind, über die die Mündungen der Arbeitsräume bei Rotation der Zylindertrommel alternierend mit verschiedenen Druckanschlüssen, insbesondere einem Hochdruckanschluss und einem Niederdruckanschluss der Axialkolbenmaschine fluidisch verbindbar sind. Insbesondere um eine Verformung der Steuerplatte - beispielsweise aufgrund der von der Zylindertrommel aufgeprägten, ungleichen Abstützkräfte und der ungleichen Drücke in den Durchgangsausnehmungen der Steuerplatte - zu vermeiden, ist die Steuerplatte mit dem Gehäuse oder einem gehäusefesten Teil, insbesondere einem Anschlussteil, welches die Druckanschlüsse trägt, entlang einem Umfang in kraftschlüssiger Anlage, insbesondere kraftschlüssiger Verbindung. Erfindungsgemäß ist die kraftschlüssige Anlage am Umfang dabei nicht vollumfänglich sondern lediglich teilumfänglich.
-
Durch die teilumfängliche, kraftschlüssige Anlage oder Verbindung weist die so angeordnete Steuerplatte eine geringere, aus der kraftschlüssigen Anlage oder Verbindung resultierende Eigenspannung auf. Selbst wenn diese im Betrieb eine axiale oder andersgeartete Verformung, beispielsweise eine Aufwölbung oder Einwölbung erfahren sollte, so ist die Eigenspannung der Steuerplatte geringer als bei vollumfänglicher Anlage oder Verbindung. Der Zylindertrommel gelingt es dann einfacher und damit prozesssicherer die Steuerplatte in ihre bestimmungsgemäße, planare Form zurückzudrücken. Die äußere Leckage kann so bei annähernd gleichem Pressmaß oder gleicher Presspassung verringert werden, da die Eigenspannung der Steuerplatte durch das Vorhandensein nicht eingepresster Umfangsabschnitte reduziert ist. Dadurch ist es der Zylindertrommel möglich, bei gegebener Vorspannkraft die Verteilerplatte oder die Steuerplatte flach zu drücken. Auf diese Weise ist die Axialkolbenmaschine besser gegen Leckage zwischen der Zylindertrommel und der Steuerplatte, sowie zwischen der Steuerplatte und dem Gehäuse oder dem gehäusefesten Teil geschützt. Somit ist die Axialkolbenmaschine bedeutend besser gegen Wirkungsgradverluste durch Leckage an diesen Stellen geschützt.
-
Vorzugsweise ist die Axialkolbenmaschine für einen Druckwechsel an den Druckanschlüssen von Hochdruck auf Niederdruck und von Niederdruck auf Hochdruck geeignet ausgestaltet.
-
In einer Weiterbildung ist die Axialkolbenmaschine als Hydromotor oder als Hydropumpe oder für beide Betriebsarten ausgestaltet.
-
Insbesondere ist die Axialkolbenmaschine drehzahlvariabel betreibbar.
-
In einer Weiterbildung der Steuerplatte oder Verteilerplatte sind die Durchgangsausnehmungen frei von sie in Umfangsrichtung aufteilenden Quer- oder Radialstreben. Die erfindungsgemäße Verringerung der Eigenspannung durch lediglich teilumfängliche, kraftschlüssige Anlage oder Verbindung (Presspassung) ermöglicht in den verschieden Betriebszuständen „Hydropumpe linksdrehend oder rechtsdrehend“, „Hydromotor linksdrehend oder rechtsdrehend“, stets, die Flachheit und / oder Elastizität der Steuerplatte oder Verteilerplatte sicherzustellen, wodurch die Leckage an dieser Stelle minimal ist. Auf Versteifungsstreben der Durchgangsausnehmungen, wie sie im herkömmlichen Stand der Technik für mit Hochdruck belastete Durchgangsausnehmungen gezeigt sind, kann daher verzichtet werden. Das hat zur Folge, dass die Saugfähigkeit auf der Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine erhöht ist, da an der betreffenden Durchgangsausnehmung der Strömungswiderstand reduziert ist. Gleiches gilt selbstverständlich für die Durchgangsausnehmung, die mit der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine in Verbindung ist. Da für keine der Durchgangsausnehmungen die Streben notwendig sind, ist diese Bauweise der Axialkolbenmaschine auch gut für den angesprochenen Betriebsartenwechsel geeignet. Dadurch sind insbesondere bei drehzahlvariabel betriebenen Axialkolbenmaschinen um etwa 500/min höhere Drehzahlen, unabhängig von der Nenngröße der Axialkolbenmaschine, möglich.
-
Aufgrund des so erreichten, geringeren Strömungswiderstandes in den Durchgangsausnehmungen ist eine Selbstsaugfähigkeit im Pumpenbetrieb bis zur maximalen Drehzahl möglich, woraus insbesondere die genannte Drehzahlsteigerung resultiert.
-
In einer Weiterbildung ist die Steuerplatte oder Verteilerplatte in eine Nut des Gehäuses oder des gehäusefesten Teils eingepresst und liegt plan am Gehäuseteil oder am gehäusefesten Teil auf. Die von der Zylindertrommel auf die Steuerplatte oder Verteilerplatte aufgeprägte Kraft kann somit vom massiven, starren Gehäuseteil oder Gehäuse aufgenommen werden, welches die Steuerplatte rückwärtig stützt. So ist eine planare Zielform der Steuerplatte oder Verteilerplatte klar definiert.
-
In einer Weiterbildung ist der Umfang ein Außenumfang der Steuerplatte.
-
Alternativ oder ergänzend kann die Steuerplatte an einem Innenumfang teilumfänglich in kraftschlüssiger Anlage sein. Diese Anlage kann mit dem Gehäuse oder dem gehäusefesten Teil sein.
-
In einer Weiterbildung ist die teilumfängliche, kraftschlüssige Anlage oder Verbindung derart gestaltet, dass an der Steuerplatte und/oder am Gehäuse oder gehäusefesten Teil wenigstens ein radial vorspringender Stützabschnitt vorgesehen ist, der mit der radial benachbarten Komponente - für einen an der Steuerplatte angeordneten Stützabschnitt ist dies das Gehäuseteil oder gehäusefeste Teil / für einen am Gehäuseteil oder gehäusefesten Teil angeordneten Stützabschnitt ist dies die Steuerplatte - in kraftschlüssiger Anlage ist. An den Stützabschnitt grenzt dabei ein freier, radial zurückgesetzter Abschnitt, der vorzugsweise nicht in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung ist.
-
In einer Weiterbildung weist die Axialkolbenmaschine mehrere derartige radial vorspringende Stützabschnitte auf, die an der Steuerplatte und/oder am Gehäuse angeordnet sind und in kraftschlüssiger Anlage mit der jeweils gegenüberliegenden Komponente sind. Dabei wechseln sich mit den Stützabschnitten freie, gegen die Stützabschnitte radial zurückgesetzte Abschnitte ab. Vorzugsweise sind die Stützabschnitte und die radial zurückgesetzten Abschnitte lediglich an der Steuerplatte oder lediglich am Gehäuse oder Gehäuseteil angeordnet. Allerdings sind natürlich auch Mischformen möglich, bei denen die Stützabschnitte sowohl an der Steuerplatte als auch am Gehäuse oder Gehäuseteil angeordnet sind, wobei dann beide Komponenten (Steuerplatte und Gehäuse) jeweils dazwischenliegende, radial zurückgesetzte Abschnitte aufweisen.
-
Über die radial zurückgesetzten Abschnitte ist jeweils ein radialspalt zur gegenüberliegenden Komponente ausgebildet.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung sind lediglich die Stützabschnitte in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung.
-
In einer Weiterbildung ist eine radiale Krümmung des wenigstens einen freien Abschnittes mit einer radialen Krümmung des wenigstens einen Stützabschnittes gleichgerichtet. Sind die genannten Abschnitte an der Steuerplatte außenumfänglich angeordnet, so sind die genannten Krümmungen vorzugsweise beide konvex. Die gleiche Weiterbildung ist natürlich auch möglich, sofern mehr als ein Stützabschnitt und ein freier Abschnitt vorgesehen sind. Auch dann weisen die jeweiligen Krümmungen jeweils die konvexe Form auf.
-
Alternativ kann die radiale Krümmung des wenigstens einen freien Abschnittes der radialen Krümmungen des wenigstens einen Stützabschnittes oder des Umfangs entgegengerichtet sein. Der Außenumfang hat in radialer Richtung eine konvexe Krümmung. Vorzugsweise hat der Stützabschnitt diese auch. Der freie Abschnitt mit entgegengerichteter Krümmung weist dann in radialer Richtung eine konkave Krümmung auf. Im Prinzip erstrecken sich die Stützabschnitte in dieser Weiterbildung als Wellenkämme und die freien Abschnitte als Wellentäler am Umfang. Diese Weiterbildung eignet sich besonders gut zur Reduktion der Eigenspannung, wodurch noch geringere Anpresskräfte der Zylindertrommel nötig sind, um eine aufgrund der kraftschlüssigen Anlage oder Verbindung deformierte Steuerplatte plan zu drücken.
-
In einer Weiterbildung ist in Umfangsrichtung eine Erstreckung des wenigstens einen freien Abschnitts größer als die Erstreckung des wenigstens einen Stützabschnittes. Die vom Stützabschnitt gebildete Anlagefläche zur kraftschlüssigen Anlage oder Verbindung ist somit klein verglichen mit der des freien, unbelasteten Abschnitts.
-
Je größer das Verhältnis aus umfänglicher Erstreckung der freien Abschnitte zur umfänglichen Erstreckung der Stützabschnitte ist, umso geringer fällt bei gegebener Presspassung die Eigenspannung der Steuerplatte aus.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung ist daher in Umfangsrichtung eine Gesamterstreckung der freien Abschnitte größer als eine Gesamterstreckung der Stützabschnitte.
-
In einer Weiterbildung ist ein Verhältnis der Gesamterstreckung der freien Abschnitte zur Gesamterstreckung der Stützabschnitte etwa zwischen 10:1 und 3:1, vorzugsweise 5:1 oder zwischen 4:1 und 6:1.
-
Ein Verhältnis der Erstreckungen und / oder Gesamterstreckungen der Stützabschnitte zu den freien Abschnitten ist vorzugsweise über eine FEM-Methode optimiert. Gleiches gilt für eine umfängliche Verteilung und /oder Anzahl und / oder einen Winkelabstand der Stützabschnitte.
-
Der wenigstens eine Stützabschnitt oder die Stützabschnitte haben in einer Weiterbildung in radialer Richtung vorzugsweise den gleichen Krümmungswert wie die Komponente, mit der sie in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung sind.
-
Beispielsweise hat der wenigstens eine Stützabschnitt oder haben die Stützabschnitte am Außenumfang der Steuerplatte den gleichen Krümmungswert wie eine mit ihm oder ihnen in kraftschlüssiger Anlage befindliche Anlagefläche des Gehäuses oder des Gehäuseteils.
-
In einer Weiterbildung ist die Steuerplatte oder Verteilerplatte ringscheibenförmig ausgestaltet und in eine Nut des Gehäuses oder Gehäuseteils kraftschlüssig eingesetzt.
-
In einer Weiterbildung ist auch ein Innenumfang der ringscheibenförmig ausgestalteten Steuerplatte oder Verteilerplatte in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung mit dem Gehäuse oder Gehäuseteil, insbesondere mit dessen Nut.
-
Eine erfindungsgemäße Steuerplatte für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, die gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgestaltet ist, hat in axialer Richtung Durchgangsausnehmungen, über die Mündungen hydrostatischer Arbeitsräume der Axialkolbenmaschine mit Druckanschlüssen der Axialkolbenmaschine in alternierende Druckmittelverbindung bringbar sind. Erfindungsgemäß ist an wenigstens einem Umfang der Steuerplatte wenigstens ein radial vorspringender Stützabschnitt zur kraftschlüssigen Anlage an ein Gehäuse oder dem gehäusefesten Teil der Axialkolbenmaschine und wenigstens ein freier, gegen den Stützabschnitt radial zurückgesetzter Abschnitt vorgesehen.
-
In einer Weiterbildung ist der Umfang ein Außenumfang der Steuerplatte. Alternativ kann der Umfang ein Innenumfang der Steuerplatte sein.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung sind sowohl am Außenumfang, als auch am Innenumfang wenigstens ein radial vorspringender Stützabschnitt und wenigstens ein dagegen radial zurückgesetzter Abschnitt vorgesehen.
-
In einer Weiterbildung der Steuerplatte wechseln sich an dem oder den Umfängen radial vorspringende Stützabschnitte mit gegen die Stützabschnitte radial zurückgesetzten, freien Abschnitten ab.
-
In einer Weiterbildung sind radiale Krümmungen der freien Abschnitte mit radialen Krümmungen der Stützabschnitte oder einer radialen Krümmung des jeweiligen Umfangs gleichgerichtet. In einer Weiterbildung, in der die Eigenspannung der Steuerplatte oder Verteilerplatte nochmals reduziert ist, sind die radialen Krümmungen der freien Abschnitte den radialen Krümmungen der Stützabschnitte oder des jeweiligen Umfangs entgegengerichtet.
-
In einer Weiterbildung ist in Umfangsrichtung, insbesondere entlang der Durchgangsausnehmungen, eine Gesamterstreckung der freien Abschnitte größer als eine Gesamterstreckung der Stützabschnitte.
-
Insbesondere im Falle der Weiterbildung mit entgegengerichteten Krümmungen erstrecken sich am Umfang zwischen den Durchgangsausnehmungen, das heißt im Bereich der Totpunkte der Umsteuerung zwischen den beiden Durchgangsausnehmungen, Stützabschnitte. Der Wechsel aus Stützabschnitten und radial zurückgesetzten freien Abschnitten ist dann lediglich entlang der Durchgangsausnehmungen am Umfang angeordnet.
-
Um die axiale Eigenspannung der Steuerplatte oder Verteilerplatte nochmals zu reduzieren weist eine Weiterbildung eine insbesondere umlaufende Ausnehmung, insbesondere eine Nut, auf, die in einer axialen Stirnseite der Steuerplatte oder Verteilerplatte angeordnet ist.
-
In einer Weiterbildung mit nochmals reduzierter Eigenspannung weisen beide axialen Stirnseiten der Steuerplatte eine derartige Nut auf.
-
In einer Weiterbildung hat wenigstens eine der Durchgangsausnehmungen, insbesondre eine die mit Hochdruck belastbar ist oder für diese Belastung vorgesehen ist, einen in Umfangsrichtung angeordneten Endabschnitt, in dem sich eine Zugstrebe oder Zugrippe, insbesondere in radialer oder zumindest teilradialer Richtung erstreckt. Auf diese Weise ist der Endabschnitt der Durchgangsausnehmung, der aus dem hohen Arbeitsdruck und Druckstößen beim Umsteuern resultierenden Spannungen ausgesetzt ist, zusätzlich versteift.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung, die insbesondere für unterschiedliche Betriebsarten, insbesondere für den bereits vorbeschriebenen Druckwechsel von Hochdruck auf Niederdruck und umgekehrt an den jeweiligen Durchgangsausnehmungen geeignet ist, erweist sich eine Weiterbildung als vorteilhaft, bei der die Durchgangsausnehmungen, die Stützabschnitte und die freien Abschnitte jeweils zueinander symmetrisch ausgebildet sind. Alternativ ist selbstverständlich auch eine asymmetrische Ausgestaltung denkbar, über die die Axialkolbenmaschine gezielt auf einen Betrieb ohne Druckwechsel vorbereitet ist.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine und drei Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Steuerplatten sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
-
Es zeigen
- 1a in einer schematischen Seitenansicht eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer Steuerplatte, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 1b in einer perspektivischen Explosionsdarstellung eine Teilansicht der Axialkolbenmaschine gemäß 1a im Bereich der Steuerplatte,
- 1c in schematisierter Darstellung die Anschlüsse und mögliche Betriebsarten der Axialkolbenmaschine gemäß den 1a und 1b,
- 2 in einem perspektivischen Teilschnitt einen Bereich eines Gehäusedeckels mit kraftschlüssig verbundener Steuerplatte der Axialkolbenmaschine gemäß den 1a bis c,
- 3a in axialer Draufsicht eine Teildarstellung der Steuerplatte gemäß den 1 und 2,
- 3b in axialer Draufsicht eine Detaildarstellung einer Steuerplatte gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 4 die Steuerplatte gemäß 3b in kraftschlüssig montiertem Zustand,
- 5a in perspektivischer Ansicht einer Steuerplatte gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 5b die Steuerplatte gemäß 5a in einem perspektivischen Teilschnitt.
-
1a zeigt in stark vereinfachter, schematischer Form eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise gemäß einem Ausführungsbeispiel. Sie hat ein Gehäuse 2 mit einem im Wesentlichen topfförmigen Gehäuseteil 4, der von einem Gehäusedeckel 6, der einem Arbeitsanschluss A und einem Arbeitsanschluss B aufweist, verschlossen ist. Im topfförmigen Gehäuseteil 4 ist eine Triebwelle 8 drehbar aufgenommen, mit der drehfest eine Zylindertrommel 10 verbunden ist, in der Zylinderbohrungen etwa parallel zur Drehachse 12 ausgebildet sind und entlang einem zur Drehachse 12 konzentrischen Teilkreis angeordnet sind. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Arbeitskolben 14 längsverschieblich aufgenommen, der mit seinem vom Gehäusedeckel 6 wegweisenden Endabschnitt an einer Schrägscheibe 16 gleitend abgestützt ist. Die Schrägscheibe 16 ist dabei eine Gleitfläche einer in topfförmigen Gehäuseteil 4 verschwenkbar gelagerten Schwenkwiege 18. Deren Schwenkwinkel kann über eine Verstelleinrichtung 20 verstellt werden.
-
Abweichend davon kann die erfindungsgemäß Axialkolbenmaschine natürlich als Konstantmaschine mit unverstellbarer Schrägscheibe mit konstantem Anstellwinkel ausgestaltet sein.
-
Zur alternierenden Druckmittelverbindung der innerhalb der Zylindertrommel 10 von den Zylinderbohrungen und den Arbeitskolben 14 abschnittsweise begrenzten Arbeitsräumen mit den Arbeitsanschlüssen A und B weist die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 eine Steuer- oder Verteilerplatte 22 auf. Diese ist einerseits planar in einer Ausnehmung des Gehäusedeckels 6 angeordnet und andererseits von einer Stirnfläche der Zylindertrommel 10 mit einer Axialkraft belastet.
-
Auf eine weitere Beschreibung erfindungsferner Details der Axialkolbenmaschine 1 kann an dieser Stelle verzichtet werden, da diese Technologie hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt ist.
-
Gemäß 1b ist der Gehäusedeckel 6 im Ausführungsbeispiel als Gussteil ausgebildet. Dabei ist jedem Arbeitsanschluss A, B ein massiver Befestigungsflansch 24 mit je einer Mündung 26 des Arbeitsanschlusses A, B zugeordnet. Zwischen den Flanschen 24 erstreckt sich ein Gehäusedeckelkörper 28 mit einer zentralen, sacklochförmigen Triebwellenaufnahme 30, die sich konzentrisch zur Drehachse 12 im Wesentlichen topfförmig in den Gehäusedeckel 6 hinein erstreckt. Konzentrisch zur Drehachse 12 und umfänglich um die Triebwellenaufnahme 30 herum erstreckt sich eine ringförmige Nut 32, in der sich zwei diametral angeordnete, jeweils längliche, nierenförmige Durchgangsausnehmungen 34 mit einem Öffnungswinkel von etwa 150° erstrecken. Die Nut 32 ist dabei radial außen von einer ringwallförmigen Außensteg 36, der in den Umfangsbereichen zwischen den beiden Durchgangsausnehmungen 34 jeweils unterbrochen gestaltet ist, und radial innen von einem ringförmigen Innensteg 38 begrenzt. In die auf diese Weise radial innen und außen begrenzte Nut 32 ist die Steuerplatte 22 gemäß 1b einpressbar, und insbesondere gemäß 2a kraftschlüssig eingepresst. Die Pressung erfolgt dabei über Umfänge der Steuerplatte 22 und deren kraftschlüssige Anlage / Verbindung an / mit dem unterbrochenen Außensteg 36 (radial außen) und dem Innensteg 38 (radial innen). Die kraftschlüssige Verbindung radial außen erfolgt dabei über Stützabschnitte 40 gemäß 1b, die sich an einem außenumfänglichen Rand oder Außenumfang 42 in Umfangsrichtung mit jeweils vergleichsweise geringer Erstreckung erstrecken. Zwischen den Stützabschnitten 40 sind dabei freie Abschnitte 44 angeordnet, die gegenüber den Stützabschnitten 40 radial abgesenkt sind. Zur umfänglich korrekten Positionierung, insbesondere der Durchgangsausnehmungen 35 der Steuerplatte 22 relativ zu den Durchgangsausnehmungen 34 des Gehäusedeckels 6, ist ein federgelagerter Zentrierstift 46 vorgesehen, der im montierten Zustand gehäusedeckelseitig in einer entsprechenden Bohrung im Bereich der Unterbrechung des Außenstegs 36 und steuerplattenseitig, in einem sich vom Außenumfang 42 nach radial innen erstreckenden Bereich, in einer passenden Ausnehmung eingetaucht ist.
-
Die Befestigung des topfförmigen Gehäuseteils 4 am Gehäusedeckel 6 erfolgt über vier Schraubverbindungen, von denen in 1b vier Gewindebohrungen 48 zu erkennen sind, die sich umfänglich gleichverteilt, radial außerhalb der Nut 32 befinden.
-
Auch an einem Innenumfang 50 der Steuerplatte 22 ist diese in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung mit dem Gehäusedeckel 6 der Axialkolbenmaschine 1. Dies erfolgt analog zum Außenumfang 42 über Stützabschnitte 52, die bei Montage in kraftschlüssiger Anlage oder Verbindung mit dem Innensteg 38 sind. Zwischen den Stützabschnitten 52 sind auch hier wieder freie Abschnitte 54 angeordnet, die nicht in Anlage mit dem Innensteg 38 sind. Wie bereits am Außenumfang 42 erfolgt die kraftschlüssige Verbindung am Innenumfang nur über die Stützabschnitte 52 entlang deren vergleichsweise geringer, umfänglicher Erstreckung.
-
1c zeigt in schematischer Weise die möglichen Betriebsarten oder Betriebsquadranten der Axialkolbenmaschine 1. Dargestellt ist die Triebwelle 8 und in symbolischer Weise eine Einheit aus Arbeitsanschlüssen A, B und der als „Triebwerk“ bezeichenbaren Einheit aus Zylindertrommel 10, Arbeitskolben 14, von diesen begrenzen hydrostatischen Arbeitsräumen, Steuerplatte 22 und Schrägscheibe 16. Über die schwarzen Doppelpfeile ist dargestellt, dass die Axialkolbenmaschine 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel in beiden Drehrichtungen und sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betreibbar ist.
-
Gemäß 2 ist ein Schnitt A-A dargestellt, wie er in 1b definiert ist. Die Schnittebene A-A ist dabei von der Drehachse 12 aufgespannt und steht normal zur Anschlussfläche der Flansche 24. Zu dieser Schnittebene A-A ist die Steuerplatte 22 - und mit ihr der gesamte Gehäusedeckel 6 - symmetrisch aufgebaut. Gemäß 2 ist die Steuerplatte 22 in die Nut 32 eingesetzt und in kraftschlüssiger Verbindung sowohl an ihrem Außenumfang 42 mit dem Außensteg 36, als auch an ihrem Innenumfang 50 mit dem Innensteg 38. Zu erkennen ist, dass die Steuerplatte 22 mit einer dem Gehäusedeckel 6 zugewandten Stirnseite planar in der Nut 32 anliegt. Diese planare Grundfläche der Nut 32 stellt somit eine Planarreferenz für die Steuerplatte 22 dar, an die sie unter Einwirkung der Axialkräfte der an ihr abgestützten Zylindertrommel 10 anpressbar ist. Des Weiteren zeigen 1b und 2, dass die Durchgangsausnehmungen 35 der Steuerplatte 22, im Gegensatz zu Lösungen des Standes der Technik, keine teilenden Querstege aufweisen. Damit ist der Strömungsquerschnitt der Durchgangsausnehmungen 35 nicht eingeengt, wodurch beim Ansaugen auf der Niederdruckseite die Selbstansaugfähigkeit der Axialkolbenmaschine 1 bis zur maximalen Drehzahl ermöglicht ist. Generell resultieren aus der Stegfreiheit der Durchgangsausnehmungen 35 natürlich geringere Strömungsverluste, wodurch auch der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine 1 höher ist.
-
3a zeigt die Steuerplatte 22 gemäß den vorangegangenen Figuren in einer Draufsicht in Richtung der Drehachse 12. Die Stützabschnitte 40 des Außenumfangs 42, sowie diejenigen 52 des Innenumfangs 50 erstrecken sich an umfänglich gleicher Position, jeweils mit einem Winkel α von etwa 60° zueinander beabstandet. Der jeweilige Stützabschnitt 52 (Innenumfang 50) und 40 (Außenumfang 42) erstreckt sich dabei über einen Winkel β von etwa 12°. Demgemäß erstrecken sich die jeweiligen freien Abschnitte 54 (Innenumfang 50) und 44 (Außenumfang 42) über einen Winkel γ von etwa 48°. Die Werte dieser Winkel entstammen einer FEM-Simulation.
-
Gemäß 3a hat die Steuerplatte 22 an der dargestellten, zur Zylindertrommel (nicht dargestellt) weisenden Stirnfläche, an umfänglichen Endabschnitten der Durchgangsausnehmung 35 jeweils eine Umsteuerkerbe 56, über die die darüberstreichenden Mündungen der Arbeitsräume (nicht dargestellt) beim Wechsel der Druckmittelverbindung von beispielsweise der Durchgangsausnehmung 35 (B) auf die Durchgangsausnehmung 35 (A), also von Niederdruck auf Hochdruck oder umgekehrt, einen möglichst sanften Druckanstieg, beziehungsweise eine möglichst sanfte Druckentlastung erfahren.
-
Eine Kerbwirkung der Umsteuerkerbe 56 ist dabei mittels einer Kugelfräsung 57 verringert, die am Übergang von der Durchgangsausnehmung 35 zur Umsteuerkerbe 56 ausgebildet ist.
-
3b zeigt, bei ansonsten gleich ausgestalteter Steuerplatte, ein zweites Ausführungsbeispiel einer Steuerplatte 122. Lediglich dargestellt ist der Bereich der Steuerplatte 122, der sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß den vorangegangenen Figuren unterscheidet. Die Unterscheidung ist dabei im Bereich des Endabschnitts einer jeweiligen Durchgangsausnehmung 135. Hier weist diese zusätzlich eine Zugstrebe 158 auf, die sich sowohl in umfänglicher als auch in radialer Richtung erstreckt. Die Zugstrebe 158 stellt dabei eine geringfügige Querschnittsverengung der Durchgangsausnehmung 135 dar, trägt allerdings zu einer erheblichen Versteifung in diesem an Spannungen kritischen Bereich der Durchgangsausnehmung 135 bei.
-
4 zeigt die Steuerplatte 122 gemäß 3b in montiertem Zustand. Am Außenumfang 42 der Steuerplatte 122 sind lediglich die Stützabschnitte 40 in kraftschlüssiger Verbindung mit einer innenumfänglichen Wand 60 des Außenstegs 36 der Nut 32. Zwischen der innenumfänglichen Wand 60 und dem Außenumfang 42 der Steuerplatte 122 bleibt somit im Bereich der freien Abschnitte 44 ein freier Spalt 62. Am Innenumfang 50 der Steuerplatte 122 sind die Stützabschnitte 52, die sich nach radial innen gegenüber den freien Abschnitten 54 abheben, in kraftschlüssiger Anlage mit einer außenumfänglichen Wandung 62 des Innenstegs 38 des Gehäusedeckels 6. 4 zeigt weiterhin, dass der Innensteg 38 an seiner radialen Innenseite eine Lageraufnahme für ein Wälzlager 64 darstellt, über das die Triebwelle 8 gemäß den 1a und 1c in der Triebwellenaufnahme 30 gemäß 2a und 1b am Gehäusedeckel 6 drehbar gelagert ist.
-
Die 5a und 5b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerplatte 222, zum einen in einer perspektivischen Ansicht, etwa von vorne, und in einem perspektivischen Teilschnitt. Im Bereich der Durchgangsausnehmungen 35 und des Innenumfangs 50 besteht kein Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1b, 2a und 3a. Es wird im Folgenden lediglich auf die Abweichungen zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Gegenüber diesem hat die Steuerplatte 222 einen abweichend gestalteten Außenumfang 242. Auch hier sind Stützabschnitte 240, die zur kraftschlüssigen Anlage oder Verbindung mit dem Außensteg 36 vorgesehen sind, durch radial gegen die Stützabschnitte 240 abgesenkte, freie Abschnitte 244 voneinander getrennt. Es ist offenkundig, dass die freien Abschnitte 244 aufgrund ihrer mit Bezug zu den Stützabschnitten 240 tiefen Absenkung keinerlei Einfluss auf die kraftschlüssige Verbindung nehmen können. Anders als bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen weisen die freien Abschnitte 244 nun eine inverse Krümmung gegenüber dem Außenumfang 242 und den Stützabschnitten 240 auf. Ist die Krümmung vom Außenumfang 242 und den Stützabschnitten 240 also konvex definiert, so ist die Krümmung der freien Abschnitte 244 konkav. Dies bewirkt, dass die über die kraftschlüssig verbundenen Stützabschnitte 240 in die Steuerplatte 222 eingeleitete, radiale Einpress- oder Anlagekraft, genauer gesagt deren Kraftfluss, vorteilhaft umgelenkt wird. Dies resultiert in einer reduzierten Eigenspannung der Steuerplatte 222 in eingepresstem, kraftschlüssig verbundenem Zustand. In anderen Worten ist die Steuerplatte 222 in axialer Richtung weniger steif oder weicher, so dass die axial auf ihr einwirkende Zylindertrommel 10 (vgl. 1a) die Steuerplatte 222 im Falle einer aus der kraftschlüssigen Verbindung resultierenden Deformation (Einwölbung oder Auswölbung) leichter flach drücken kann. Dadurch ist die Prozesssichheit, dass die Steuerplatte 222 tatsächlich flach an der Zylindertrommel 10 und auch rückwärtig an der Nut 32 des Gehäusedeckels 6 anliegt, weiter erhöht. Damit sind Leckage und „Schmierer“ an dieser Stelle besser verhindert.
-
Um die Steuerplatte 222 in axialer Richtung noch „weicher“ zu machen, hat sie in beiden Stirnseiten jeweils eine vollumfänglich umlaufende Entlastungsnut 266, was auch 5b im Schnitt zeigt.
-
Auffällig beim letztgenannten Ausführungsbeispiel der Steuerplatte 222 ist, dass die in Umfangsrichtung kurzen Stützabschnitte 240 und die diese berandenden freien Abschnitte 244 sich als Gruppe jeweils etwa über einen Umfangswinkel erstrecken, über den sich auch die jeweils benachbarte Durchgangsausnehmung 35 erstreckt. Zwischen diesen beiden Umfangswinkel, also in den sich zwischen den Umsteuerkerben 56 erstreckenden, geschlossenen Umsteuerbereichen der Steuerplatte 222, in welchen die darüber streichenden Arbeitsräume von jeglichem Arbeitsanschluss A, B fluidisch getrennt sind, ist auf radialer Höhe der Stützabschnitte 242 ein Verbindungsabschnitt 268 vorgesehen. Dieser kann mit der gleichen Passung, wie die Stützabschnitte 240, oder mit einer etwas lockeren Passung als diese gefertigt sein.
-
Insbesondere die Übergänge von den Stützabschnitten 40 und 52 zu den freien Abschnitten 44 und 54 sind bei den gezeigten Ausführungsbeispielen verrundet, so dass eine Kerbwirkung minimal ist. Fertigbar ist dieser Verrundung beispielsweise über eine Standardfräsung.
-
Die Stützabschnitte können noppenartig ausgestaltet sein.
-
Anzahl, Position, Breite und / oder Pressmaß der Stützabschnitte, insbesondere Noppen, sind über eine FEM-Optimierung ermittelbar, insbesondere ermittelt.
-
Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer im Gehäuse drehbar gelagerten Zylindertrommel, deren hydrostatische Arbeitsräume an einer Stirnseite münden, die an einer von Durchgangsausnehmungen durchsetzten, gehäusefest angeordneten Steuerplatte abgestützt ist. Letztgenannte ist mit dem Gehäuse oder einem gehäusefesten Teil mit ihrem Umfang oder mit beiden ihrer Umfänge lediglich abschnittsweise kraftschlüssig verbunden. Dabei können erfindungsgemäß nur die Steuerplatte oder nur das Gehäuse oder Gehäuseteil oder sowohl die Steuerplatte als auch das Gehäuse oder Gehäuseteil zur kraftschlüssigen Verbindung umfängliche Stützabschnitte und gegen diese radial zurückgesetzte freie Abschnitte aufweisen.
-
Offenbart ist weiterhin eine Steuerplatte mit wenigstens einem Umfang, an dem sie in wechselnder Folge einen Stützabschnitt zur kraftschlüssigen Verbindung mit dem Gehäuseteil oder dem Gehäuse und einem dagegen radial zurückgesetzten freien Abschnitt aufweist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- hydrostatische Axialkolbenmaschine
- 2
- Gehäuse
- 4
- topfförmiges Gehäuseteil
- 6
- Gehäusedeckel
- 8
- Triebwelle
- 10
- Zylindertrommel
- 12
- Drehachse
- 14
- Arbeitskolben
- 16
- Schrägscheibe
- 18
- Schwenkwiege
- 20
- Verstelleinrichtung
- 22; 122; 222
- Steuerplatte
- 24
- Flansch
- 26
- Mündung
- 28
- Gehäusedeckelkörper
- 30
- Triebwellenaufnahme
- 32
- Nut
- 34
- Durchgangsausnehmung
- 35; 135
- Durchgangsausnehmung
- 36
- Außensteg
- 38
- Innensteg
- 40; 240
- Stützabschnitt
- 42; 242
- Außenumfang
- 44; 244
- freier Abschnitt
- 46
- Zentrierstift
- 48
- Gewindebohrung
- 50
- Innenumfang
- 52
- Stützabschnitt
- 54
- freier Abschnitt
- 56
- Umsteuerkerbe
- 60
- innenumfängliche Wandung
- 62
- außenumfängliche Wandung
- 64
- Wälzlager
- 158
- Zugstrebe
- 266
- Entlastungsnut
- 268
- Verbindungsabschnitt
-
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
-
- US 2242701 [0005]
- DE 102010047431 A1 [0006]