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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit zwei Triebwerken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise sind deren Kolben in einer Zylindertrommel geführt und an eine zu einer Triebwelle schräg gestellte Schrägscheibe gekoppelt. Damit führen die Kolben während eines halben Umlaufs um die Triebwelle eine Hubbewegung in eine erste Richtung und während des anderen halben Umlaufs eine Hubbewegung in die entgegengesetzte Richtung aus.
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Zur Verstellung des Hubvolumens derartiger Axialkolbenmaschinen wird die Schrägscheibe als Schwenkwiege ausgestaltet, die über eine kreisbogenförmige Schwenkwiegenlagerung gegenüber dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine gelagert ist. Damit kann die Schrägscheibe in ihrem Schwenkwinkel gegenüber der Zylindertrommel verstellt werden.
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Insbesondere während ihrer Beaufschlagung mit Hochdruck (bei einer Pumpe beim Verdrängerhub und bei einem Motor beim Einschieben der Kolben) stützen sich die Kolben mit hohen Kräften über ihre Kolbenfüße und über die Schwenkwiege an der Schwenkwiegenlagerung ab. Daher ist eine vergleichsweise hohe Verstellkraft nötig, um die Schwenkwiege im Betrieb der Axialkolbenmaschine zu verschwenken um ihr Hubvolumen zu verstellen. Diese hohe Verstellkraft resultiert einerseits aus der zur Schwenkachse der Schrägscheibe asymmetrischen Kraftbeaufschlagung durch die Kolben und aus den Reibkräften in der Schwenkwiegenlagerung.
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In der Druckschrift
EP 0 275 498 A1 ist eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Axialkolbenpumpe gezeigt, die zwei Treibwerke mit einer gemeinsamen Schrägscheibe kombiniert. Dabei sind zwei Zylindertrommeln mit jeweiligen Kolben vorgesehen, deren Kolbenfüße gegeneinander gerichtet sind und sich an verschiedenen Seiten der gemeinsamen Schrägscheibe abstützen. Damit kompensieren sich die oben genannten hohen Stützkräfte weitgehend und die nötige Verstellkraft zum Verschwenken der Schwenkwiege ist verringert. Lediglich die Trägheitsmomente der jeweiligen Triebwerke bzw. Rotationsbaugruppen müssen überwunden werden. Zur Verstellung ist eine hydraulische Verstelleinrichtung vorgesehen.
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Nachteilig an derartigen Axialkolbenpumpen ist der vorrichtungstechnische Aufwand, der sich ergibt, wenn ein elektrisches Ansteuersignal zur Verstellung des Hubvolumens vorgegeben wird, das dann über eine elektrohydraulische Verstellung in einen hydraulischen Stelldruck umgewandelt werden muss.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine mit zwei Triebwerken zu schaffen, deren vorrichtungstechnischer und steuerungstechnischer Aufwand für die Verstellung der gemeinsamen Schrägscheibe verringert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die beanspruchte hydrostatische Axialkolbenmaschine ist in Schrägscheibenbauweise ausgeführt. Sie hat eine erste rotierbare Zylindertrommel mit einer ersten Gruppe von darin geführten Kolben und eine zweite rotierbare Zylindertrommel mit einer zweiten Gruppe von darin geführten Kolben. Die Kolben der ersten Gruppe sind an eine erste Seite einer Schrägscheibe gekoppelt, während die Kolben der zweiten Gruppe an eine der ersten Seite gegenüber liegende zweite Seite der Schrägscheibe gekoppelt sind. Ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe und damit das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine sind verstellbar. Erfindungsgemäß ist dazu eine an die Schrägscheibe gekoppelte direktelektrische Verstelleinrichtung oder ein elektrischer Aktuator vorgesehen. Damit sind kein hydraulisches Ventil und kein Stellkolben nötig, womit der vorrichtungstechnische und steuerungstechnische Aufwand für die Verstellung der gemeinsamen Schrägscheibe verringert ist.
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Vorzugsweise die beiden Zylindertrommeln drehfest an eine gemeinsame Triebwelle gekoppelt, die zumindest einen Endabschnitt mit einer Kopplungsvorrichtung aufweist. Daran kann im Falle einer Pumpe z.B. ein Elektromotor und im Falle eines Motors z.B. ein Fahrantrieb gekoppelt werden.
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Wenn die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine z.B. mit einer weiteren Maschine gekoppelt oder parallel geschaltet werden soll, kann auch der andere Endabschnitt eine Kopplungsvorrichtung aufweisen.
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Vorzugsweise ist eine elektronische Schnittstelle und/oder eine elektronische Steuereinheit vorgesehen, über die der Schwenkwinkel der Schrägscheibe steuer- oder regelbar ist/sind.
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Vorrichtungstechnisch einfach ist es, wenn eine Lagerung der Schrägscheibe an deren Außenumfang oder Außenrand und entlang einer Schwenkachse angeordnet ist, um die die Schrägscheibe schwenkbar ist.
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Die Schwenkachse kann einen Mittelpunkt der Schrägscheibe schneiden, während die beiden Triebwerke im Wesentlichen symmetrisch zur Schwenkachse sind. Insbesondere sind die beiden Zylindertrommeln und die beiden Gruppen von Kolben achssymmetrisch zur Schwenkachse.
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Vorzugsweise erstreckt sich entlang der Schwenkachse ein erster zapfenartiger Wellenabschnitt.
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Zur erfindungsgemäßen direktelektrischen Verstellung eignet sich insbesondere ein Elektromotor, der an den ersten Wellenabschnitt gekoppelt ist.
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Zwischen dem Elektromotor und dem ersten Wellenabschnitt kann eine Getriebestufe vorgesehen sein.
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Wenn sich eine Abtriebswelle des Elektromotors entlang dem ersten Wellenabschnitt erstreckt, oder wenn eine Abtriebswelle einstückig mit dem ersten Wellenabschnitt des Elektromotors gebildet ist, fallen eine Rotationsachse des Elektromotors mit der Schwenkachse zusammen.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist der Elektromotor ein Servomotor ein oder Schrittmotor, dessen Drehwinkelposition steuerbar oder regelbar ist.
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Zur optimalen Abstützung der Schrägscheibe erstreckt sich entlang der Schwenkachse ein zweiter zapfenartiger Wellenabschnitt.
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Vorzugsweise ist der Wellenabschnitt über ein Wälzlager in einem Gehäuse gelagert, oder die beiden Wellenabschnitte sind über ein jeweiliges Wälzlager in dem Gehäuse gelagert. Diese können Kegelrollenlager oder Pendelrollenlager sein.
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Ein Sauganschluss und/oder ein Druckanschluss der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind /ist gemäß einer ersten Variante an dem Gehäuse im Bereich der Schrägscheibe angeordnet und mit beiden Triebwerken bzw. Zylindertrommeln fluidisch verbunden. Dabei erstreckt sich eine Mittelachse des Sauganschlusses etwa quer zur Schwenkachse. Wenn die Schrägscheibe von vier Seiten des Gehäuses direkt umgeben ist, dann sind vorzugsweise der Elektromotor mit dem ersten Wälzlager, das zweite Wälzlager, der Sauganschluss und der Druckanschluss auf diese vier Seiten verteilt. Damit ergibt sich eine räumliche Trennung der vier Funktionen „antreiben und lagern“, „an der Gegenseite lagern“, „Druckmittel zuführen“ und „Druckmittel abführen“.
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Alternativ können die Anschlüsse gewissermaßen stirnseitig am Gehäuse angeordnet sein. Wenn an jeder Zylindertrommel an einer der Schrägscheibe gegenüber liegenden Seite eine Verteilerplatte angeordnet ist, dann können/kann der Sauganschluss und/oder der Druckanschluss auch an dem Gehäuse im Bereich oder benachbart zu einer der beiden Verteilerplatten angeordnet und mit beiden Verteilerplatten verbunden sein.
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Mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen
- 1 in einer Ansicht die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 in einem Längsschnitt einen Teil der Axialkolbenmaschine aus 1,
- 3 in einem Querschnitt einen Teil der Axialkolbenmaschine aus 1 und
- 4 in einem Querschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt in einer seitlichen Ansicht die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. In einem Gehäuse 1 sind zwei zueinander spiegelbildlich angeordnete Zylindertrommeln (in 1 nicht gezeigt) aufgenommen. Sie sind gemeinsam drehfest mit einer durchgehenden Welle 4 gekoppelt, von der in 1 nur ein Endabschnitt dargestellt ist, der aus einem stirnseitigen Deckel des Gehäuses 1 herausragt. An dem Endabschnitt ist eine Kopplungsvorrichtung 4a gebildet, an die zum Beispiel bei einem Pumpenbetrieb der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ein Elektromotor drehfest gekoppelt werden kann.
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Das Gehäuse 1 hat eine Hauptabschnitt 1a, an dessen beiden Stirnseiten jeweils ein Deckel vorgesehen ist. An einer ersten (in 1 oberen) Seite des Hauptabschnitts 1a ist ein Schrittmotor 5 angesetzt, dessen Rotationsachse mit einer Schwenkachs 8 einer (in 1 nicht gezeigten) Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine zusammenfällt.
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An einer anderen (in 1 vorderen) Seite des Hauptabschnitts 1a ist ein Sauganschluss 3 der beispielsweise als Pumpe ausgestalteten Axialkolbenmaschine vorgesehen. An dem der Kopplungsvorrichtung 4a gegenüber liegenden Deckel des Gehäuses 1 ist ein Druckanschluss angeordnet. Beide Anschlüsse sind mit beiden Zylindertrommel 2 verbunden. Somit haben beide Triebwerke der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine einen gemeinsamen Sauganschluss 3 und einen gemeinsamen Druckanschluss.
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2 zeigt einen Längsschnitt des mittleren Bereichs der Axialkolbenmaschine aus 1. Zwischen den beiden Zylindertrommeln 2 ist die Schrägscheibe 6 angeordnet, die um die Schwenkachse 8 schwenkbar ist. An jeder Seite beziehungsweise Großfläche 10 der Schrägscheibe 6 ist eine der beiden Zylindertrommeln 2 angeordnet. In jeder Zylindertrommel 2 sind am Umfang verteilte Kolben 12 geführt, die über einen jeweiligen Kolbenschuh 14 an der zugeordneten Großfläche 10 der Schrägscheibe 6 in Anlage gehalten werden. Dazu ist an jeder Großfläche 10 der Schrägscheibe 6 ein Niederhalter 16 vorgesehen.
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Bei einer angenommenen Drehrichtung der Triebwelle 4 mit den beiden Zylindertrommeln 2 werden die Kolben 12 der (in 2) linken Gruppe bzw. Zylindertrommel 2 während des halben Umlaufs, der oberhalb der Zeichenebene der 2 liegt, in ihre jeweiligen Zylinderbohrungen 18 hineingeschoben. Während des halben Umlaufs, der unterhalb der Zeichenebene liegt, werden die Kolben 12 aus den Zylinderbohrungen 18 wieder herausgezogen. Bei den Zylindern 12 der (in 2) rechten Gruppe beziehungsweise Zylindertrommel 2 verhält es sich andersherum: Bei der gleichen angenommen Drehrichtung werden die Kolben 12 während des halben Umlaufs, der oberhalb der Zeichenebene liegt, herausgezogen, und bei dem halben Umlauf, der unterhalb der Zeichenebene liegt, werden sie eingeschoben.
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Daraus ergibt sich, dass die Kolben 12, die sich unter Hockdruck und daher mit hohen Kräften an den beiden verschiedenen Seiten 10 der Schrägscheibe 6 abstützen, einander nicht direkt gegenüber, sondern stets einander schräg gegenüber liegen. Trotzdem ergibt sich in vorteilhafter Weise gegenüber Axialkolbenmaschinen mit nur einem Treibwerk eine Verringerung des Moments, das zur Verschwenkung der Schrägscheibe 6 um die Schwenkachse 8 (vgl. 1) nötig ist.
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3 zeigt in einem Querschnitt einen Teil der Axialkolbenmaschine aus den 1 und 2. Die Schnitteben im mittleren Bereich der 3 liegt in einer von zwei ruhenden Verteilerplatten 20, während die Schnittebene im rechten Bereich der 3 dem gegenüber zurückgesetzt ist.
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Gegen die beiden Verteilerplatten 20, von denen in 3 nur eine Verteilerplatte 20 dargestellt ist, werden jeweiligen von der Schrägscheibe 6 abgewandten Stirnseiten der rotierenden Zylindertrommeln 2 gepresst. Die beiden Verteilerplatte 20 haben jeweils zwei nierenförmige Steueröffnungen 22, von denen jeweils eine den Einlass und die andere den Auslass für die zugeordnete Zylindertrommel 2 bildet.
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Weiterhin ist zu erkennen, dass die Zylinderbohrungen 18 gleichmäßig am Umfang der gezeigten Zylindertrommel 2 verteilt sind. Schließlich ist die gemeinsame Schrägscheibe 6 mit einer ihrer beiden Großflächen 10 dargestellt.
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Entlang der Schwenkachse 8 der Schrägscheibe 6 erstrecken sich zwei zapfenartige Wellenabschnitte 24 radial nach außen. Die Wellenabschnitte 24 sind einstückig mit der Schrägscheibe 6 gebildet. An dem (in 3) linken Wellenabschnitt 24 ist ein (nicht gezeigtes) als Festlager ausgebildetes Wälzlager vorgesehen und außen der Schrittmotor 5 (vgl. 1) drehfest gekoppelt. An dem (in 3) rechten Wellenabschnitt 24 ist ein als Loslager ausgebildetes Wälzlager 26 vorgesehen. Es ist in einen zylindrischen Abschnitt des Hauptabschnitts 1a des Gehäuses 1 eingesetzt und liegt an dessen Innenwandung 28 an.
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4 zeigt in einem Querschnitt einen Teil einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Schnittebene verläuft durch den Hauptabschnitt 1a des Gehäuses 1.
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An den beiden Wellenabschnitten 24 sind jeweilige Kegelrollenlager 30 vorgesehen, über auch Axialkräfte entlang der Schwenkachse 8 an den Hauptabschnitt 1a des Gehäuses 1 abgeleitet werden können. Dazu ist einerseits am Übergang des Wellenabschnitts 24 zur Schrägscheibe 6 und andererseits am Hauptabschnitt 1a jeweils eine Radialschulter vorgesehen, an der ein jeweiliger Lagerring des Kegelrollenlagers 30 anliegt.
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Der Schrittmotor 5 ist in der Schwenkachse 8 angeordnet und über eine Welle-Nabe-Verbindung 32 mit dem einen der beiden Wellenabschnitte 24 verbunden. Dazu kann ein Achsversatzausgleich vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß kann über eine (nicht gezeigte) elektronisch Steuerung und über den Schrittmotor 5, der vergleichsweise geringe Leistung zum Verschwenken der Schrägscheibe benötig das Hubvolumen der Axialkolbenmaschen verstellt werden, ohne dass dazu ein Ventil und ein Stellkolben nötig sind.
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Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit zwei Triebwerken, die jeweils eine Zylindertrommel und eine Gruppe von Kolben aufweisen. Die beiden Gruppen von Kolben sind an verschiedene Seiten einer gemeinsamen Schrägscheibe gekoppelt. Ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe ist direktelektrisch verstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- Hauptabschnitt
- 2
- Zylindertrommel
- 3
- Sauganschluss
- 4
- Triebwelle
- 4a
- Kopplungsvorrichtung
- 5
- Schrittmotor
- 6
- Schrägscheibe
- 8
- Schwenkachse
- 10
- Seite/Großfläche
- 12
- Kolben
- 14
- Kolbenschuh
- 16
- Niederhalter
- 18
- Zylinderbohrung
- 20
- Verteilerplatte
- 22
- Steueröffnung
- 24
- Wellenabschnitt
- 26
- Wälzlager
- 28
- Innenwandung
- 30
- Kegelrollenlager
- 32
- Welle-Nabe-Verbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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