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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Trommel für eine Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine und einer Flügelzellenmaschine, die zum Rotieren mit einer Triebwelle um eine Trommellängsachse vorbereitet ist, und die zu der Trommellängsachse etwa parallele und zum Aufnehmen jeweils eines Axialkolben vorbereitete Zylinderausnehmungen aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine mit einer Flügelzellenmaschine.
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Hintergrund der Erfindung
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Für fluidisch angetriebene Systeme werden häufig mehr als eine Fluidpumpe mit verschiedenen Betriebscharakteristika benötigt. Häufig sind Fluidmaschinen hierzu mit einem Durchtrieb versehen, um mittels Flanschen räumlich hintereinander montiert zu werden. Maschinen, die keinen Durchtrieb aufweisen, werden häufig mittels Verteilergetrieben räumlich nebeneinander montiert. Da Fluidmaschinen häufig aufgrund ihrer Leistungsdichte (iSv. Bauraum pro Leistung) gewählt werden, ist ein Reduzieren des benötigten Bauraums gewünscht und wertvoll. Aus dem Stand der Technik sind auch Verdrängermaschinen mit einer Axialkolbenmaschine und einer weiteren hydrostatischen oder hydrodynamischen Fluidmaschine in demselben Gehäuse bekannt.
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Die
US 2 604 047 offenbart eine zweistufige Hydraulikdruckpumpe. Diese umfasst eine Niederdruckpumpe in einer Flügelzellenbauform und eine Hochdruckpumpe in einer Axialkolbenbauform. Ein Auslassanschluss der Niederdruckpumpe ist mit einen Einlassanschluss der Hochdruckpumpe verbunden. Ein Rotor der Niederdruckpumpe und eine Trommel der Hochdruckpumpe sind an einer Trommelantriebswelle festgelegt, wobei axial zwischen den Pumpen eine Steuerscheibe angeordnet ist.
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Die
US 6 629 822 B2 offenbart eine Axialkolbenpumpe mit einer Trommel und zumindest einer Laufradschaufel, die an der Mantelfläche der Trommel radial auswärts auskragend angeformt ist. Bei einer Rotation der Trommel in einem Gehäuse wird ein von der Axialkolbenpumpe mit Druck beaufschlagtes Fluid durch die Laufradschaufel aufgeladen.
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Die
DE 42 25 381 B4 offenbart eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise (Hauptpumpe), welche einen Steuerspiegel aufweist, und welche mit einer Innenzahnradpumpe oder einer Radialkolbenpumpe (Hilfspumpe) gekoppelt ist, die in dem dem Steuerspiegel unmittelbar benachbarten Bereich angeordnet ist. Dabei kann ein Rotor der Hilfspumpe zwischen einer Zylindertrommel der Hauptpumpe und dem Steuerspiegel oder am Außenumfang der Zylindertrommel angeordnet sein. Die Haupt- und die Hilfspumpe weisen vorzugsweise einen gemeinsamen Ansaugkanal und verschiedene Druckkanäle auf.
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Die in der
US 2 604 047 , der
US 6 629 822 B2 und der
DE 42 25 381 B4 offenbarten Verdrängermaschinen stellen gegenüber dem Aneinanderflanschen separater Maschinen einen Fortschritt insoweit dar, als dass sie durch Aufnehmen der (anderen) Fluidmaschinenbaugruppe in das Axialkolbenmaschinengehäuse Bauraum einsparen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bauraum-sparsame Kombination zweier Fluidmaschinen bereitzustellen. Dabei sind Serien-taugliche Lösungen bevorzugt, also einfach und/oder kostengünstig zu fertigende, leicht zu montierende und/oder Haltbarkeitsverbesserte Lösungen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Trommel gemäß dem Patentanspruch 1 und eine Verdrängermaschine gemäß dem Patentanspruch 4. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Unabhängig beanspruchbar ist eine Trommel für eine Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine und einer Flügelzellenmaschine, wobei die Trommel zum Rotieren mit einer (An-/Ab-)Triebwelle um eine Trommellängsachse vorbereitet ist, und die zu der Trommellängsachse etwa parallele und zum Aufnehmen jeweils eines Axialkolben vorbereitete Zylinderausnehmungen aufweist, wobei in der Umfangsrichtung gemessen zwischen den Zylinderausnehmungen zum Aufnehmen jeweils eines Flügels bzw. Flügelblatts vorbereitete Schlitzausnehmungen in der Trommel vorgesehen sind. Es wird also ein integriertes Bauteil vorgeschlagen, das sowohl als Trommel bzw. Rotor einer Axialkolbenmaschine wie auch als Trommel bzw. Rotor einer Flügelzellenmaschine agiert. Dadurch entfällt nicht nur der Bauraum für die zweite Trommel, sondern es kann auch das Gewicht der zweiten Trommel eingespart werden. Darüber hinaus entfallen auch die Folgekosten der zweiten Trommel, wie beispielsweise Montagekosten, Lagerhaltungskosten und dergleichen. Das Integrieren der Funktionalitäten beider Trommeln in ein Bauteil hat also einen Mehrfachnutzen zur Folge. Mit anderen Worten, die Lagerung der beweglichen und kammernden Komponenten (bspw. in dem Sinne, dass die Kolben und die Flügel die Kammern beweglich begrenzen) beider Verdränger bzw. Verdrängermaschinen Axialkolbenmaschine und Flügelzellenmaschine wird durch ein Bauteil realisiert. Die erfindungsgemäße Trommel benötigt axial im Vergleich mit axial aneinander geflanschten oder axial nebeneinander angeordneten Verdrängermaschinen signifikant weniger Bauraum. Hydraulische Verbindungen zwischen den Verdrängermaschinen sind konstruktiv einfach umsetzbar.
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Weiterbildend kann die Trommel für eine Kombination einer Axialkolbenmaschine und einer Flügelzellenmaschine vorgesehen sein, sodass eine besonders hohe Integration erzielt werden kann.
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Weiterbildend kann vorgesehen werden, dass die Zylinderausnehmungen zumindest in eine Stirnseite der Trommel zum Axialkolben-Ein-und-Ausfahren münden, und wobei die Schlitzausnehmungen zumindest in die Mantelfläche der Trommel zum Flügel-Ein-und-Ausfahren münden. Somit sind die beiden Fluidmaschinen hinsichtlich ihrer Position an der Trommel trennbar, so dass sie einfacher montiert werden können.
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Wenn die Schlitzausnehmungen zu zumindest einer der Stirnseite der Trommel hin offen sind, und vorzugsweise die Schlitzausnehmungen auch zu der anderen Stirnseiten der Trommel hin offen sind, kann eine leicht zu fertigende Geometrie entstehen.
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Die Trommel kann als Sinterbauteil gebildet ein, sodass eine Serien-taugliche Gestalt erreicht wird.
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Wenn die Zylinderausnehmungen an einem Trommelende unter Bilden jeweils zumindest einer Mündung zum Fluid-Ein-und-Austritt in den Zylinderarbeitsraum geschlossen sind, ist ein Bilden eines hydrostatischen Arbeitsraums erleichtert, sodass die Fluidmaschine zum Halten eines Drucks befähigt wird.
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Wenn die Mündungen radial innerhalb eines Grunddurchmessers der Schlitzausnehmungen angeordnet sind, kann eine axiale Begrenzung die Schlitzausnehmungen abdichten ohne die Mündungen zu verdecken.
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Wenn die Mantelfläche der Trommel (zwischen jeweils zwei Mündungen von Schlitzausnehmungen) dazu vorbereitet ist, eine Innenwand einer Flügelzelle zu bilden, wird eine für eine Flügelzelle besonders geeignete Geometrie erreicht.
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Nachfolgend werden einige vorteilhaft weiterbildende Ausbildungen für Axialkolbenmaschinen und/oder Flügelzellenmaschinen kurz umrissen. Wenn die Trommel für eine Reihenschaltung und/oder eine Parallelschaltung einer Axialkolbenmaschine und einer Flügelzellenmaschine vorgesehen oder vorbereitet ist, wird eine funktionale Integration erreicht. Wenn die Flügelzellenmaschine der Axialkolbenmaschine in einer Reihenschaltung vorgeschaltet ist, können beide Fluidmaschinen vorteilhaft verschiedene Druckbereiche abdecken. Wenn die Flügelzellenmaschine an einer Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine in einer Reihenschaltung geschaltet ist, können beide Fluidmaschinen vorteilhaft verschiedene Druckbereiche abdecken. Wenn die Axialkolbenmaschine eine Axialkolbenpumpe und die Flügelzellenmaschine eine Flügelzellenpumpe sind, kann die Verdrängermaschine als Fluidpumpe verwendet werden. Wenn die Axialkolbenmaschine eine Schrägscheibenmaschine oder eine Schrägachsenmaschine ist, sind bekannte Verfahren und Techniken anwendbar. Die Axialkolbenmaschine und die Flügelzellenmaschine können unabhängig voneinander in ihrem geometrischen Verdrängungsvolumen verstellbar gestaltet sein. Die Flügelzellenmaschine kann beispielswiese einhubig oder mehrhubig ausgebildet sein, um situationsanpassbar zu sein.
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Weiterbildend kann vorgesehen werden eine Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine und mit einer Flügelzellenmaschine, welche eine Trommel wie vorstehend beschrieben aufweist. Diese Verdrängermaschine weist die Vorteile der jeweiligen Trommel auf. Dieses Merkmal kann auch unabhängig beansprucht werden als eine Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine mit einer Flügelzellenmaschine, welche eine Trommel aufweist, die zum Rotieren mit einer Triebwelle um eine Trommellängsachse vorbereitet ist, und die zu der Trommellängsachse etwa parallele und zum Aufnehmen jeweils eines Axialkolben vorbereitete Zylinderausnehmungen aufweist, wobei in der Umfangsrichtung gemessen zwischen den Zylinderausnehmungen zum Aufnehmen jeweils eines Flügelblatts vorbereitete Schlitzausnehmungen vorgesehen sind. Die Verdrängermaschine hat eine sehr hohe Leistungsdichte.
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Wenn in den Schlitzausnehmungen jeweils ein Flügel radial verlagerbar angeordnet ist, kann die Flügelzellenmaschine in einzelne Zellen bzw. Arbeitsräume unterteilt werden, was die Effizienz verbessert.
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Die Verdrängermaschine kann einen die Trommel (bezüglich der Trommellängsachse) etwa radial außen umgebenden Ring aufweisen, der als eine Außenwand einer Flügelzelle und/oder zum Begrenzen eines Hubs der Flügel vorbereitet ist. Durch Vorsehen des Rings als Außenwand kann ein geschlossener Arbeitsraum der Flügelzellenmaschine erreicht werden. Durch Vorsehen des Rings als den Hub begrenzendes Element wird ein Rückhalteelement für die Flügel konstruktiv einfach umgesetzt. Weiterbildend kann präzisiert sein, dass die Trommel entlang der Trommellängsachse von dem Ring umschlossen ist.
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Wenn die Trommel und der Ring radial zueinander in eine koaxiale oder exzentrische Position zum Einstellen eines Schluckvolumens verlagerbar sind, kann das Schluckvolumen auf eine bewährt einstellbare Weise eingestellt werden. Diese Einstellung kann zweiteilig sein, bspw. durch Vorsehen eines ein Nennschluckvolumen einstellenden Justierglieds, wie einer an dem Ring angeordneten Schraube, und durch Vorsehen eines einen Maximaldruck einstellenden Justierglieds, wie einer zum Verlagern und/oder Vorspannen mit einer Schraube vorspannbaren Feder.
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Wenn an einem axialen Ende der Trommel eine Steuerscheibe angeordnet ist, die zum fluiddichten Abschließen der Zylinderausnehmungen und/oder der Flügelzellen und/oder der Schlitzausnehmungen vorbereitet ist, können in den genannten Volumina bzw. Kavitäten verschiedene Drücke bzw. Druckniveaus vorgesehen werden.
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Wenn die Steuerscheibe drehfest oder einstückig mit dem Ring gekoppelt ist, ist ein Abdichten der Flügelzellen besonders zuverlässig erreichbar.
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Wenn die Steuerscheibe zumindest eine der Niederdruckseite der Flügelzellenmaschine zugeordnete Steuernut aufweist, die mit einem Niederdruckanschluss der Verdrängermaschine fluidisch kommunizierend verbunden ist, kann die Flügelzellenmaschine niederdruckseitig vorgesehen werden.
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Wenn die Steuerscheibe zumindest eine der Hochdruckseite der Flügelzellenmaschine zugeordnete Steuerniere und zumindest eine der Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine zugeordnete Steuerniere aufweist, die fluidisch kommunizierend verbunden sind, können die Axialkolbenmaschine und die Flügelzellenmaschine konstruktiv einfach und mit kurzen Leitungen in Reihen geschalten werden.
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Wenn die Steuerscheibe zumindest eine der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine zugeordnete Steuernut aufweist, die mit einem Hochdruckanschluss der Verdrängermaschine verbunden ist, kann die Axialkolbenmaschine hochdruckseitig vorgesehen werden.
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Wenn (entweder) die Niederdruckseite (oder die Hochdruckseite) der Flügelzellenmaschine mit einem Gehäuseinnenvolumen der Axialkolbenmaschine fluidisch verbunden ist, kann die Flügelzellenmaschine den Leckagestrom der Axialkolbenmaschine aufnehmen. Wenn (entweder) die Hochdruckseite (oder die Niederdruckseite) der Flügelzellenmaschine zum Gehäuseinnenvolumen der Axialkolbenmaschine hin über einen etwa topfringsektor-förmigen Abschnitt des Rings abgedichtet ist, kann der Druckraum der Flügelzellenmaschine von dem Gehäuseinnenvolumen getrennt werden. Hierbei liegt eine vorteilhafte Wechselwirkung der Merkmale vor; wenn beispielsweise die Niederdruckseite der Flügelzellenmaschine mit einem Gehäuseinnenvolumen der Axialkolbenmaschine fluidisch verbunden ist, wohingegen die Hochdruckseite der Flügelzellenmaschine zum Gehäuseinnenvolumen der Axialkolbenmaschine hin abgedichtet ist, ergibt sich eine Synergie dahingehend, dass der Leckagestrom von der Axialkolbenmaschine zuverlässig mit Druck beaufschlagt aus dem Gehäuseinneren heraus gefördert wird. Ein Topfringsektor wird beispielsweise gebildet, indem eine Topfform ringartig ausgeschnitten und zu einem Sektor (iSv. Abschnitt in Umfangsrichtung) beschnitten wird. Ein etwa topfringsektor-förmigen Abschnitt ist eine sehr kleine Abdichtgeometrie, sodass neben Bauraum auch Gewicht gespart werden kann. Noch mehr Bauraum und vorrangig Gewicht kann eingespart werden, wenn eine Auskragung des topfringsektor-förmigen Abschnitts größenmäßig zu einem Flügelzellenmaschinen-Totpunkt hin abnehmend und/oder tangential übergehend ausgestaltet ist.
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Wenn die Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und die Hochdruckseite der Flügelzellemaschine zueinander um etwa 90° versetzt sind, kann eine zumindest teilweise Kompensation der Querkräfte der Axialkolbenmaschine durch die Querkräfte der Flügelzellenmaschine oder eine zumindest teilweise Kompensation der Querkräfte der Flügelzellenmaschine durch die Querkräfte der Axialkolbenmaschine erreicht werden. Dies verringert bspw. die in eine Welle und/oder Trommellagerung eingebrachten Kräfte, sodass diese länger halten und kleiner und leichter dimensioniert werden können. Hier offenbart sich ein weiterer Mehrfachnutzen der erfindungsgemäßen Trommel, nämlich dass nicht nur die zumindest teilweise Kompensation ermöglich wird, sondern diese in vorzugsweise einem einzigen Bauteil geschieht. Diese Vorteile können auch unabhängig als Verdrängermaschine mit einer Axialkolbenmaschine und einer Flügelzellenmaschine mit einer gemeinsamen Trommel beansprucht werden. Dementsprechend ist die Versetzung der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine (4) und die Hochdruckseite der Flügelzellemaschine (6) um 90° bevorzugt so ausgeführt ist, dass eine zumindest teilweise Kompensation der Querkräfte ermöglicht wird.
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Figurenliste
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Längsschnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine mit einer erfindungsgemäßen Trommel gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 2 eine Draufsicht auf eine Steuerscheibe wie in der 1 angezeigt mit schematisch angezeigten Fluidschaltungen gemäß der ersten Ausführungsform,
- 3 eine Längsschnittdarstellung einer Flügelzellenbaugruppe mit der Trommel, mit einem Flügel und mit einem Ring gemäß der ersten Ausführungsform,
- 4 eine perspektivische Darstellung auf die Flügelzellenbaugruppe mit der Trommel, mit einer Vielzahl von Flügeln und mit dem Ring gemäß der ersten Ausführungsform,
- 5 eine Seitenansicht auf eine Gehäuseinnenraumseite der Flügelzellenbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform,
- 6 eine Seitenansicht auf eine zu der Gehäuseinnenraumseite gegenüberliegende Steuerscheibenseite der Flügelzellenbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform,
- 7 eine perspektivische Darstellung auf eine Gehäuseinnenraumseite des Rings gemäß der ersten Ausführungsform,
- 8 eine perspektivische Darstellung auf eine Flügelzellenbaugruppe mit einer Trommel, mit einer Vielzahl von Flügeln und mit einem Ring gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 9 eine Seitenansicht auf eine Gehäuseinnenraumseite der Flügelzellenbaugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform, und
- 10 eine Seitenansicht auf eine zu der Gehäuseinnenraumseite gegenüberliegende Steuerscheibenseite der Flügelzellenbaugruppe gemäß der zweiten Ausführungsform.
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Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind über die Figuren und Ausführungsformen hinweg mit denselben Merkmalen versehen. Auf eine erneute Beschreibung gleicher Merkmale wird größtenteils verzichtet. Merkmale der einen Ausführungsform können auch in der anderen Ausführungsform enthalten sein, sie sind also untereinander auch auszugsweise austauschbar.
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Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die 1 zeigt eine Verdrängermaschine 2 mit einer Axialkolbenmaschine 4 und einer Flügelzellenmaschine 6, welche jeweils als Pumpe ausgebildet sind. Die Maschinen 4, 6 weisen eine gemeinsame Trommel 8 auf, die konzentrisch zu einer Längsachse 10 mit einer Triebwelle 12, die bei der Pumpe eine Antriebswelle ist, drehfest wie nach Keilwellenart verbunden ist. Die Längsachse 10 ist eine Trommellängsachse und eine Triebwellenlängsachse und eine Axialkolbenmaschinenlängsachse.
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Die Axialkolbenmaschine 4 ist an sich bekannt und in Schrägscheibenverstellbauweise ausgeführt, wobei sie Axialkolben 14 aufweist. Die Axialkolben 14 sind in Zylinderausnehmungen 16 unter Bilden von Axialkolbenarbeitsräumen 18 bzw. Zylinderarbeitsräumen etwa axial ein- und ausfahrbar zumindest teilweise aufgenommen und radial geführt. Axial wird eine Hubbewegung 20 der Axialkolben 14 mittels (nicht dargestellter) Gleitschuhe durch eine Schrägscheibe 22 bewirkt, erzwungen und/oder begrenzt. Die Schrägscheibe 22 ist um ein Schwenklager 24 herum schwenkbar gelagert, und sie ist durch einen fluidisch mit Druck beaufschlagbaren Verstellkolben 26 zum Einstellen (iSv. Begrenzen und/oder Ermöglichen) des Axialkolbenhubs 20 verstellend verschwenkbar.
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Die Flügelzellenmaschine 6 ist an sich bekannt und in Einhubbauweise ausgeführt, wobei sie Flügel 30 aufweist. Die Flügel 30 sind in Schlitzausnehmungen 32 unter Bilden von Flügelzellenarbeitsräumen 34 etwa radial ein- und ausfahrbar zumindest teilweise aufgenommen und in Umfangsrichtung geführt. Radial wird eine Hubbewegung 36 des jeweiligen Flügels 30 durch radial zwischen einem radial innen liegenden jeweiligen Schlitzgrund 38 und einer jeweiligen Innenmantelfläche 40 des jeweiligen Flügels 30 zwischengefügte (nicht dargestellte) Vorspannungselemente, wie Druckfedern, und/oder einen zwischen dem jeweiligen Schlitzgrund 38 und der jeweiligen Innenmantelfläche 40 vorliegenden Fluiddruck und/oder eine auf den jeweiligen Flügel 30 wirkende Zentrifugalkraft bewirkt und/oder erzwungen und durch eine Innenmantelfläche 42 eines Rings 44 begrenzt. Die Flügelzellenarbeitsräume 34 werden radial innen durch eine Mantelfläche 28 der Trommel 8 und radial innen durch die Innenmantelfläche 42 des Rings 44 definiert.
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Wie in den 4, 5 und 6 zu sehen ist, sind die Zylinderausnehmungen 16 und die Schlitzausnehmungen 32 in einer Umfangrichtung 46 um die Trommellängsachse 10 herum abwechselnd in regelmäßigen und/oder gleichen Abständen bzw. Winkeln angeordnet. Dabei ist eine Schlitzausnehmung 32 jeweils etwa umfangsmäßig mittig zwischen zwei Zylinderausnehmungen 16 vorgesehen. Es ist dabei zu beachten, dass Begriffe wie „umfangsmäßig“ und „in der Umfangsrichtung gemessen“ bezüglich der Relativanordnung der Zylinderausnehmungen 16 und der Schlitzausnehmungen 32 kein Umfangslinie mit einem bestimmten Radius bzw. eine radiale Position, sondern lediglich eine Koordinatenangabe im Sinne einer Zylinderkoordinate bzw. eine Winkelposition um die Trommellängsachse 10 herum bezeichnen.
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Die Trommel 8 weist zwei axiale Stirnseiten 48 auf. An einer ersten Stirnseite 50, wo die Zylinderausnehmungen 16 axial einseitig zum Ein- und Ausfahren der Axialkolben 14 geöffnet sind, ist die Trommel 8 zu einem fluidisch abgedichteten Gehäuseinnenvolumen 52 bzw. Gehäuseinnenraum eines Gehäuses 54 der Verdrängermaschine 2 benachbart bzw. zumindest teilweise nicht begrenzt. In dem Gehäuseinnenvolumen 52 ist die Schrägscheibe 22 angeordnet. An einer der ersten Stirnseite 50 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 56 der Trommel 8 sind Mündungen 58 der Zylinderausnehmungen 16 vorgesehen, welche zum Fluid-Ladungswechsel vorbereitet sind, also dazu, dass ein Fluid wie eine Hydraulikflüssigkeit durch die jeweilige Mündung 58 hindurch in die jeweilige Zylinderausnehmung 16 hinein eintritt und durch die jeweilige Mündung 58 hindurch aus der jeweiligen Zylinderausnehmung 16 heraus austritt.
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Im Betrieb wird die Trommel 8 durch die Triebwelle 12 rotierend angetrieben. Ein Tank 60 ist über eine Tankleitung 62, einen Niederdruckanschluss 64, einen Niederdruckkanal 66 und eine Niederdruck-Steuerniere 68 mit saugseitigen Flügelzellenarbeitsräumen 34 verbunden, sodass ein Fluid aus dem Tank in die Flügelzellenarbeitsräume 34 gefördert wird. Die Niederdruck-Steuerniere 68 ist eine bogenförmige Ausnehmung einer Steuerscheibe 70, die an der zweiten Stirnseite 56 der Trommel 8 anliegt. Die saugseitigen Flügelzellenarbeitsräume 34 sind zum Gehäuseinnenvolumen 52 geöffnet, sodass ein in das Gehäuseinnenvolumen 52 eindringendes Fluid, wie eine Leckage der Axialkolbenmaschine 4, durch die Flügelzellenmaschine 6 abgefördert wird. Gleichzeitig kann eine saugseitige Abdichtung der Flügelzellen 34 zum Gehäuseinneren 52 eingespart werden.
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Nachdem die jeweiligen Flügelzellenarbeitsräume 34 den Saugseitigen Totpunkt passiert haben, werden sie an der Seite zu dem Gehäuseinnenvolumen 52 durch einen topfringsektor-förmigen Abschnitt 72 abgedichtet bzw. abgeschlossen, welcher an dem Ring 44 gebildet ist, vgl. 7. Der topfringsektor-förmigen Abschnitt 72 kann auch als ein topfförmiger Hubring bezeichnet sein, und ist eine konstruktiv einfache Dichtungsvariante. Die Volumenänderung der Flügelzellenarbeitsräume 34 zwischen der Saugseite und der Druckseite wird dadurch erreicht, dass eine Mittelachse 74 des Innenmantels 42 des Rings 44 gegenüber der Trommellängsachse 10 um eine Exzentrizität 76 mittels eines Vorspannmechanismus 78 verlagert ist. Die Mittelachse 74 des Innenmantels 42 steht beispielsweise senkrecht zu einer Querschnittsfläche des Innenmantels 42 in dessen Flächenschwerpunkt (nicht dargestellt).
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Vorliegend ist die Flügelzellenpumpe 6 der Axialpumpe 4 in einer Reihenschaltung vorgeschaltet, wobei ein Hochdruck der Flügelzelle einem Niederdruck der Axialkolbenpumpe entspricht, welcher hier als Zwischendruck bezeichnet ist. In der Steuerscheibe 70 ist eine erste Zwischendruck-Steuerniere 80 gebildet, welche mit den Flügelzellenarbeitsräumen 34 an der Hochdruckseite der Flügelzellenmaschine 6 geöffnet und fluidisch verbunden ist. Die erste Zwischendruck-Steuerniere 80 ist über einen in der Steuerscheibe 70 gebildeten Zwischendruck-Kanal 82 oder einer entsprechenden Tasche mit einer in der Steuerscheibe 70 gebildeten zweiten Zwischendruck-Steuerniere 84 direkt fluidisch verbunden. Das Fluid wird durch die zweite Zwischendruck-Steuerniere 84 und die jeweilige Mündung 58 in die jeweiligen Axialkolbenarbeitsräume 18 gefördert, dort nach Art einer Axialkolbenpumpe mit Druck beaufschlagt, und über die jeweilige Mündung 58 durch eine in der Steuerscheibe 70 gebildete Hochdruck-Steuerniere 86, die hier dreigeteilt mit zwei Stegen 88 ausgebildet ist, durch eine Hochdruckleitung 90 und einen nicht dargestellten Hochdruckanschluss aus dem Verdränger hinaus gefördert.
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Bei der ersten Ausführungsform ist ein Außendurchmesser 92 der nierenförmig gestalteten Mündungen 58 kleiner als ein Durchmesser 94 der Schlitzgrunds 38, der auch als ein Grunddurchmesser 94 der Schlitzausnehmungen bezeichnet wird, siehe 1, 3, 6. Dadurch kann die Steuerscheibe konstruktiv einfach so gestaltet sein, dass die Steuernieren 84, 86 zur Verbindung mit der Axialkolbenmaschine 4 radial innerhalb der Steuernieren 68, 80 zur Verbindung mit der Flügelzellenmaschine 6 anordenbar sind, siehe 2. Die Schlitzausnehmungen 32 öffnen sich an der Stirnseite 50 zum Gehäuseinnenvolumen 52.
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Bei der ersten Ausführungsform sind die Totpunkte der Flügelzellenmaschine 6 zu den Totpunkten der Axialkolbenmaschine 4 um 90° bezüglich der Trommellängsachse 10 versetzt angeordnet. Ebenso sind die Steuernieren 84, 86 zur Verbindung mit der Axialkolbenmaschine 4 gegenüber den Steuernieren 68, 80 zur Verbindung mit der Flügelzellenmaschine 6 um einen Winkel 96 von 90° versetzt angeordnet, siehe 2. Hierdurch wird ein Ausgleich oder eine teilweise gegenseitige Kompensation der Querkräfte der beiden Verdrängermaschinen 4, 6 angestrebt und zumindest teilweise erreicht.
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Mit anderen Worten kann die erste Ausführungsform wie folgt beschrieben werden: In der Trommel 8 der Axialkolbenmaschine 4 (mit beispielsweise 7 Kolben 14). sind zwischen den einzelnen Zylinderausnehmungen 16 Schlitze 32 zum Unterbringen der Flügel 30 eingebracht. Die Trommel 8 kann als Sinterbauteil gefertigt sein. Die Trommel 8 dient somit auch als Rotor der Flügelzellenmaschine 6. Die Flügelzellenmaschine 6 saugt ein Fluid (wie Öl) direkt aus dem Gehäuseinnenvolumen 52, wobei eine axiale Abdichtung der Flügelzellenmaschine an der Saugseite entfällt. Die Hochdruckseiten der Axialkolbenmaschine 4 und die Hochdruckseite 6 der Flügelzellenmaschine 6 sind um 90° zueinander verdreht angeordnet, wodurch sich die Querkräfte der beiden Verdrängerprinzipien gegenseitig zumindest teilweise kompensieren lassen. Die Hochdruckseite der Flügelzellenarbeitsräume 34 werden an der einen Seite 50 durch einen quasi topfförmigen Hubring 72 abgedichtet. An der gegenüber liegenden Seite 56 wird ein Verbindungskanal 82 zur Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine 4 begonnen.
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Die 8 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung, wobei der Grunddurchmesser 94 der Schlitzausnehmungen 32 kleiner als der Außendurchmesser 92 der Mündungen 58 ist. Hierdurch kann auf Seiten der Steuerscheibe 70 eine Druckbeaufschlagung eines Steuerschlitzinnenvolumens 98 vorgesehen werden, um die Flügel 30 mit dem Zwischendruck oder dem Hochdruck der Verdrängermaschine 2 gegen die Innenmantelfläche 42 zu drücken, um so die Flügelzellenarbeitsräume 34 gegeneinander abzudichten.
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Offenbart ist eine Trommel 8 für eine Verdrängermaschine 2 mit einer Axialkolbenmaschine 4 und einer Flügelzellenmaschine 6, wobei die Trommel 8 zum Rotieren mit einer Triebwelle 12 um eine Trommellängsachse 10 vorbereitet ist, und die zu der Trommellängsachse 10 etwa parallele und zum Aufnehmen jeweils eines Axialkolben 14 vorbereitete Zylinderausnehmungen 16 aufweist, wobei in der Umfangsrichtung 46 gemessen zwischen den Zylinderausnehmungen 16 zum Aufnehmen jeweils eines Flügels 30 vorbereitete Schlitzausnehmungen 32 in der Trommel 8 vorgesehen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Verdrängermaschine
- 4
- Axialkolbenmaschine
- 6
- Flügelzellenmaschine
- 8
- Trommel
- 10
- Längsachse
- 12
- Triebwelle
- 14
- Axialkolben
- 16
- Zylinderausnehmung
- 18
- Axialkolbenarbeitsraum
- 20
- Hubbewegung
- 22
- Schrägscheibe
- 24
- Schwenklager
- 26
- Verstellkolben
- 28
- Mantelfläche
- 30
- Flügel
- 32
- Schlitzausnehmung
- 34
- Flügelzellenarbeitsraum
- 36
- Hubbewegung
- 38
- Schlitzgrund
- 40
- Innenmantelfläche eines Flügels
- 42
- Innenmantelfläche eines Rings
- 44
- Ring
- 46
- Umfangsrichtung
- 48
- Stirnseite
- 50
- erste Stirnseite
- 52
- Gehäuseinneres
- 54
- Gehäuse
- 56
- zweite Stirnseite
- 58
- Mündung
- 60
- Tank
- 62
- Tankleitung
- 64
- Niederdruckanschluss
- 66
- Niederdruckkanal
- 68
- Niederdruck-Steuerniere
- 70
- Steuerscheibe
- 72
- Topfringsektor-förmiger Abschnitt
- 74
- Mittelachse
- 76
- Exzentrizität
- 78
- Vorspannmechanismus
- 80
- erste Zwischendruck-Steuerniere
- 82
- Zwischendruck-Kanal
- 84
- zweite Zwischendruck-Steuerniere
- 86
- Hochdruck-Steuerniere
- 88
- Steg
- 90
- Hochdruck-Leitung
- 92
- Außendurchmesser
- 94
- Grunddurchmesser
- 96
- Winkel
- 98
- Steuerschlitzinnenvolumen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2604047 [0003, 0006]
- US 6629822 B2 [0004, 0006]
- DE 4225381 B4 [0005, 0006]
