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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus dem Datenblatt, welches am 05.04.2018 unter der Internetadresse http://www.boschrexroth.com/various/utilities/mediadirectory/download/ index.jsp?object_nr=RE92650 abrufbar war, ist eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt. Die Axialkolbenmaschine kann mit einem sogenannten Durchtrieb ausgestattet werden, so dass mehrere in Reihe aneinandergebaute Axialkolbenmaschinen von einem einzigen Motor parallel antreibbar sind.
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Aus der
EP 953 767 B1 ist eine weitere Axialkolbenmaschine bekannt, bei welcher die Steuerplatte mit einem dritten Steuerdurchbruch versehen ist, welcher zwischen dem ersten und dem zweiten Steuerdurchbruch angeordnet ist, wobei letztgenannte Steuerdurchbrüche mit den Fluidanschlüssen verbunden sind.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der hohe Druck, welcher in einer Zylinderbohrung anliegt, die sich von der Hochdruckseite zur Niederdruckseite bewegt, kontrolliert abgebaut wird, so dass die Axialkolbenmaschine geräuscharm läuft. Dabei wird Kavitation weitgehend vermieden. In der Folge ist ein kavitationsbedingter Verschleiß nicht zu befürchten. Ein derartiger Verschleiß tritt insbesondere an der Steuerplatte auf, die typischerweise aus Messing besteht.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird vorgeschlagen, dass in Umfangsrichtung zwischen einem ersten und einem zweiten Steuerdurchbruch ein dritter Steuerdurchbruch in der Steuerplatte angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse ein erster Kanal angeordnet ist, welcher den dritten Steuerdurchbruch mit dem zweiten Gehäuseraum fluidisch verbindet. Der zweite Gehäuseraum wird auch als Durchtriebsraum bezeichnet, da dort typischerweise die Drehantriebsverbindung zweier benachbarter Axialkolbenmaschinen stattfindet. Hierbei ist anzumerken, dass die Erfindung auch dann nutzbar ist, wenn der Durchtrieb nicht zur Anwendung kommt. Es reicht aus, wenn ein zweiter Gehäuseraum bzw. ein Durchtriebsraum an der Axialkolbenmaschine vorhanden ist.
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Die Axialkolbenmaschine wird verzugsweise mit einem Druckfluid verwendet, bei dem es sich höchst vorzugsweise um eine Flüssigkeit, beispielsweise um Hydrauliköl, handelt. Die Antriebswelle kann mit einem zweiten Drehlager bezüglich der Drehachse drehbar gelagert sein, wobei das zweite Drehlager vorzugsweise auf der vom ersten Drehlager abgewandten Seite der Zylindertrommel angeordnet ist. Die Zylindertrommel kann einstückig mit der Antriebswelle ausgebildet sein, wobei die genannten Bauteile vorzugsweise gesondert voneinander ausgebildet sind. In der Zylindertrommel können mehrere Kolben in einer jeweils zugeordneten Zylinderbohrung linearbeweglich aufgenommen sein. Die Axialkolbenmaschine kann eine ebene Antriebsfläche aufweisen, welche in einem von 90° verschiedenen Winkel zur Drehachse anordenbar ist, wobei die Kolben mit der Antriebsfläche bewegungsgekoppelt sind, vorzugsweise jeweils über gesonderte, kippbewegliche Gleitschuhe. Die Steuerplatte kann aus Messing bestehen. Sie ist vorzugsweise als ebene Platte mit konstanter Dicke ausgeführt. Die Steuerplatte ist vorzugsweise gegen Verdrehung um die Drehachse und gegen Verschiebung quer zur Drehachse am Gehäuse gesichert. Die Zylinderbohrungen sind vorzugsweise durch Verdrehung der Zylindertrommel wahlweise mit dem wenigstens einen ersten Steuerdurchbruch und/oder dem wenigstens einen zweiten Steuerdurchbruch und/oder dem dritten Steuerdurchbruch in Fluidaustauschverbindung bringbar. Der erste und/oder der zweite und/oder der dritte Steuerdurchbruch durchsetzt die Steuerplatte vorzugsweise in Richtung der Drehachse. Die Antriebswelle ragt vorzugsweise in den zweiten Gehäuseraum hinein, wobei sie dort mit der Antriebswelle einer weiteren Hydromaschine in Drehantriebsverbindung bringbar ist. Der erste Gehäuseraum ist vorzugsweise mit einem Leckölanschluss versehen, wobei auch der zweite Gehäuseraum mit einem Leckölanschluss versehen sein kann.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsfläche des ersten Kanals vom dritten Steuerdurchbruch zum zweiten Gehäuseraum hin stetig zunimmt. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit im ersten Kanal zum zweiten Gehäuseraum hin stetig verkleinert, so dass die Kavitationsneigung weiter sinkt. Es versteht sich, dass ein erster Kanal mit einer konstanten Querschnittsfläche einfacher herstellbar ist, so dass diese Ausführungsform bevorzugt ist, solange keine Kavitation auftritt, die zu Verschleiß führt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der dritte Steuerdurchbruch eine konstante kreisförmige Querschnittsform aufweist. Der dritte Steuerdurchbruch ist damit einfach herstellbar. Der dritte Steuerdurchbruch verläuft vorzugsweise parallel zur Drehachse.
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Es kann vorgesehen sein, dass sich der dritte Steuerdurchbruch und der erste Kanal unmittelbar gegenüberstehen, wobei eine Querschnittsfläche des ersten Kanals im entsprechenden Übergangsbereich größer ausgebildet ist als eine Querschnittsfläche des dritten Steuerdurchbruchs. Somit ist sichergestellt, dass der dritte Steuerdurchbruch toleranzunabhängig vollständig innerhalb des ersten Kanals ausmündet.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Kanal gerade oder knickfrei gekrümmt verläuft. Die gerade Form ist bevorzugt, wenn der erste Kanal Span abhebend, beispielsweise mittels Bohren, hergestellt wird. Die gekrümmte Form kann zur Anwendung kommen, wenn der erste Kanal im Gussverfahren hergestellt wird. Mit der gekrümmten Form kann insbesondere ein tangentialer bzw. knickfreier Übergang zwischen drittem Steuerdurchbruch und erstem Kanal erreicht werden. Hierdurch sinkt die Kavitationsneigung in diesem Bereich.
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Es kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse ein zweiter Kanal angeordnet ist, über welchen der erste Gehäuseraum mit dem zweiten Gehäuseraum fluidisch verbunden ist. Hierdurch kann auf einen gesonderten Leckölanschluss am zweiten Gehäuseraum verzichtet werden. Der zweite Kanal verläuft vorzugsweise gerade. Er hat vorzugsweise eine konstante Querschnittsform, welche höchst vorzugsweise kreisrund ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine kleinste Querschnittsfläche des zweiten Kanals größer als eine größte Querschnittsfläche des ersten Kanals ist. Damit wird sichergestellt, dass der Druckabbau in erster Linie im ersten Kanal stattfindet, wobei im zweiten Kanal nahezu kein Druckabbau stattfindet. Im ersten und im zweiten Gehäuseraum herrscht damit nahezu der gleiche Druck.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Mündungsöffnung des zweiten Kanals im Bereich einer Außenumfangsfläche der Steuerplatte angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich ein besonders kurzer zweiter Kanal. Die genannte Mündungsöffnung kann teilweise von der Steuerplatte überdeckt sein, um Bauraum einzusparen. Es ist aber auch möglich, die Mündungsöffnung vollständig außerhalb der Außenumfangsfläche der Steuerplatte anzuordnen.
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Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Gehäuseraum eine Ausbuchtung umfasst, in welche der zweite Kanal einmündet. Der zweite Kanal kann in der Folge gerade ausgeführt werden und ist damit einfach herstellbar. Die genannte Ausbuchtung wird vorzugsweise bereits im Gussrohteil des Gehäuses vorgesehen, so dass sie ebenfalls kostengünstig herstellbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste und der zweite Kanal so ausgelegt sind, dass im Betrieb der Axialkolbenmaschine im zweiten Gehäuseraum ein höherer Druck herrscht als im ersten Gehäuseraum. Hierdurch kann die Kavitationsneigung weiter gesenkt werden, sofern dies notwendig ist.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
- 2 eine Schnittansicht des zweiten Gehäuseteils mit Steuerplatte der Axialkolbenmaschine nach 1;
- 3 eine perspektivische Ansicht der gesamten Anordnung nach 2 von der Steuerplatte her; und
- 4 die Ansicht nach 3 jedoch ohne die Steuerplatte.
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1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 10, wobei die Schnittebene durch die Drehachse 13 verläuft. Die Axialkolbenmaschine 10 hat ein Gehäuse 20, welches aus einem ersten und einem zweiten Gehäuseteil 25, 26 zusammengesetzt ist. Das erste Gehäuseteil 25 ist topfartig ausgebildet, wobei es den ersten Gehäuseraum 21 umgrenzt. Das zweite Gehäuseteil 26 ist in der Art einer Anschlussplatte ausgeführt, wobei es einen ersten und einen zweiten Fluidanschluss 11; 12 aufweist. Das zweite Gehäuseteil 26 umgrenzt einen zweiten Gehäuseraum 22, wobei es zusammen mit dem ersten Gehäuseteil 25 den ersten Gehäuseraum 21 begrenzt. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseraum 21; 22 ist ein erstes Drehlager 51 angeordnet, welches im zweiten Gehäuseteil 26 aufgenommen ist. Im ersten Gehäuseteil 25 ist darüber hinaus ein zweites Drehlager 52 aufgenommen. Im ersten und im zweiten Drehlager 51; 52 ist eine Antriebswelle 50 bezüglich einer Drehachse 13 drehbar gelagert. Die Antriebswelle 50 ragt mit einem Antriebszapfen 53 aus dem Gehäuse 20 heraus, wobei sie mit einem Durchtriebszapfen 54 in den zweiten Gehäuseraum 22 hineinragt. Der Antriebs- und der Durchtriebszapfen 53; 54 können beispielsweise mit einem Vielkeilprofil versehen sein. Das erste und das zweite Drehlager 51; 52 können beispielsweise als Kegelrollenlager ausgebildet sein. Der Durchtriebszapfen 54 kann zum Antrieb einer weiteren Hydromaschine verwendet werden, wobei hierfür der mit Nr. 24 gekennzeichnete Wandabschnitt des Gehäuses 20 aufgebohrt wird.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Drehlager 51;52 ist die Antriebswelle 50 von einer Zylindertrommel 60 umgeben, welche vorliegend über ein Vielkeilprofil mit der Antriebswelle 50 in Drehantriebsverbindung steht. Zwischen der Zylindertrommel 60 und dem zweiten Gehäuseteil 26 ist eine Steuerplatte 80 eingebaut. Im drucklosen Zustand wird die Zylindertrommel 60 von der Feder 64 gegen die Steuerplatte 80 und das zweite Gehäuseteil 26 gedrückt, so dass diese spaltfrei aneinander anliegen. Wenn die Axialkolbenmaschine 10 unter Druck steht, wirkt außerdem eine hydraulische Anpresskraft.
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Die Zylindertrommel 60 ist mit mehreren Zylinderbohrungen 61 versehen, welche gleichförmig verteilt um die Drehachse 13 herum angeordnet sind. In jeder Zylinderbohrung 61 ist ein zugeordneter Kolben 62 linearbeweglich aufgenommen. Die entsprechende Bewegungsrichtung kann parallel oder leicht geneigt zur Drehachse 13 verlaufen. Die Kolben 62 ragen mit einem Ende aus der Zylindertrommel 60 heraus, wobei sie dort jeweils über ein Kugelgelenk mit einem kippbeweglichen Gleitschuh 63 versehen sind. Der Gleitschuh 63 gleitet auf einer ebenen Antriebsfläche 72, die vorliegend an einer gesonderten Schwenkwiege 70 angeordnet ist, wobei sie auch fest am Gehäuse 20, insbesondere am ersten Gehäuseteil 25, angeordnet sein kann. Die Schwenkwiege 70 ist in zwei Schwenklagern 73 bezüglich einer Schwenkachse 71 kippbeweglich gelagert. Die Schwenkachse 71 ist senkrecht zur Drehachse 13 angeordnet, wobei sie diese schneidet oder mit geringem Abstand zu dieser angeordnet ist. Die Schwenklager 73 sind vorliegend als Gleitlager ausgebildet, wobei auch eine wälzgelagerte Schwenkwiege verwendbar ist. Durch Verschwenken der Schwenkwiege 70 kann die Antriebsfläche 72 in eine Stellung gebracht werden, in der sie einen von 90° verschiedenen Winkel gegenüber der Drehachse 13 einnimmt.
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Die Kolben 61 mit den Gleitschuhen 63 liegen an der Arbeitsfläche 72 an, wenn die Axialkolbenmaschine 10 unter Druck steht. Dementsprechend führen sie eine Hubbewegung aus, wenn sich die Zylindertrommel 60 dreht. Damit die Hubbewegung auch dann stattfindet, wenn die Axialkolbenmaschine 10 drucklos ist, ist die Rückzugsplatte 63 vorgesehen, welche sich über eine Kugelfläche an einem Druckring 66 abstützt, wobei der Druckring 66 wiederum an der Antriebswelle 50 abgestützt ist.
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Hinzuweisen ist noch auf den Leckölanschluss 23 am ersten Gehäuseteil 25, der vorliegend mit einer Verschlussschraube verschlossen ist. Der Leckölanschluss 23 wird im Betrieb vorzugsweise an einen Tank angeschlossen. Weiter ist zu erkennen, wie insbesondere der erste Fluidanschluss 11 fluidisch mit der Steuerplatte 80 verbunden ist, wobei wegen weiterer Details auf die Ausführungen zu 4 verwiesen wird.
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2 zeigt eine Schnittansicht des zweiten Gehäuseteils 26 mit der Steuerplatte 80 der Axialkolbenmaschine nach 1. Die entsprechende Schnittebene verläuft durch den ersten und den zweiten Kanal 41; 42 im zweiten Gehäuseteil 26. Die Steuerplatte 80 ist als ebene Platte mit konstanter Dicke ausgebildet, welche vorzugsweise aus Messing besteht. Radial innen liegt sie am Außenring des ersten Drehlagers 51 an, so dass sie gegen Verschiebung quer zur Drehachse gesichert ist. Die Steuerplatte 80 hat einen ersten 81, einen zweiten (Nr. 82 in 4) und einen dritten Steuerdurchbruch 83. Der dritte Steuerdurchbruch 83 ist als kreiszylindrische Bohrung ausgeführt, welche die Steuerplatte 80 in Richtung der Drehachse durchsetzt. Wenn eine Zylinderbohrung über dem dritten Steuerdurchbruch 83 steht, kann sich unter Druck eingeschlossenes Druckfluid über den dritten Steuerdurchbruch 83, weiter über den ersten Kanal 41 zum zweiten Gehäuseraum 22 hin entspannen. Der genannte Strömungsweg verläuft dabei weitgehend entlang einer geraden Linie, so dass nahezu keine Kavitationserscheinungen auftreten. Die Länge und der Durchmesser des ersten Kanals 41 sind dabei so ausgelegt, dass der Druck entlang des ersten Kanals reibungsbedingt stetig abfällt. Der Durchmesser des dritten Steuerdurchbruchs 83 ist kleiner ausgelegt als der konstante Durchmesser des ersten Kanals 41. Damit ist in jeder Toleranzlage sichergestellt, dass der dritte Steuerdurchbruch 83 nicht vom zweiten Gehäuseteil 26 überdeckt wird. Er mündet vielmehr mit seiner gesamten Mündungsöffnung in den ersten Kanal 41 ein. Der erste Kanal 41 ist gerade ausgebildet, wobei er derart geneigt zur Drehachse verläuft, dass er in den zweiten Gehäuseraum 22 einmündet.
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Im zweiten Gehäuseraum 26 herrscht vorzugsweise der Druck im Tank oder ein gegenüber dem Druck im Tank nur leicht erhöhter Druck. Um dies zu erreichen, ist vorliegend der zweite Kanal 41 vorgesehen. Dieser verläuft mit einer konstanten kreisförmigen Querschnittsform entlang einer geraden Linie. Er ist dabei derart geneigt zur Drehachse angeordnet, dass er in einer Ausbuchtung 44 des zweiten Gehäuseraums 22 einmündet. Der Durchmesser des zweiten Kanals 42 ist deutlich größer ausgeführt als derjenige des ersten Kanals 41. Dementsprechend tritt entlang des zweiten Kanals 42 im Wesentlichen kein Druckabfall auf. Zwecks Minimierung des Bauraums ist die Mündungsöffnung 43 des zweiten Kanals 42 zum ersten Gehäuseraum 21 hin so angeordnet, dass sie teilweise von der Steuerplatte 80 überdeckt wird. Die verbleibende freie Mündungsöffnung 43 ist so groß ausgebildet, dass kein übermäßiger Druckabfall auftritt. Die Mündungsöffnung 43 ist im Bereich einer Außenumfangsfläche 84 der Steuerplatte 80 angeordnet.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der gesamten Anordnung nach 2 von der Steuerplatte 80 her. Zu erkennen sind insbesondere der erste, die zweiten und der dritte Steuerdurchbruch 81; 82; 83, welche entlang eines Kreises angeordnet sind, dessen Mittelpunkt von der Drehachse definiert wird. Der einzige erste Steuerdurchbruch 81 ist dabei nierenförmig ausgebildet, wobei er sich mit einer konstanten Breite entlang des genannten Kreises erstreckt. Hierdurch ergibt sich eine besonders große offene Querschnittsfläche. Entlang des genannten Kreises sind vorliegend insgesamt sechs zweite Steuerdurchbrüche 82 angeordnet. Diese sind kreisrund ausgebildet, wobei deren Kreisdurchmesser etwas kleiner als die Breite des ersten Steuerdurchbruchs 81 ist. Im Bereich der zweiten Steuerdurchbrüche 82 liegt der Hochdruck der Axialkolbenmaschine an, wobei die vielen gesonderten zweiten Steuerdurchbrüche 82 eine höhere Druckfestigkeit aufweisen als ein einziger nierenförmiger Steuerdurchbruch.
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In Umfangsrichtung zwischen dem ersten Steuerdurchbruch 81 und einem zweiten Steuerdurchbruch 82 ist der bereits erläuterte dritte Steuerdurchbruch 83 angeordnet, dessen Durchmesser deutlich kleiner als die Breite des ersten Steuerdurchbruchs 81 bzw. des Durchmessers der zweiten Steuerdurchbrüche 82 ist. Die Drehrichtung der Zylindertrommel wird vorzugsweise so gewählt, dass die Zylinderbohrungen dann in Fluidaustauschverbindung mit dem dritten Steuerdurchbruch 83 gelangen, wenn sie sich von den zweiten Steuerdurchbrüchen 82 zum ersten Steuerdurchbruch 81 hin bewegen. Dementsprechend wird über den dritten Steuerdurchbruch 83 das unter Hochdruck in der betreffenden Zylinderbohrung eingespannte Druckfluid zum zweiten Gehäuseraum 22 hin entspannt.
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Weiter ist noch auf die Ausrichtausnehmung 85 an der Außenumfangsfläche 84 der Steuerplatte 80 hinzuweisen. In diese greift ein Zylinderstift ein, der in eine zugeordnete Bohrung (Nr. 86 in 4) eingebaut ist. Hierdurch wird die Steuerplatte 80 gegen Verdrehen relativ zum zweiten Gehäuseteil 26 gesichert.
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4 zeigt die Ansicht nach 3 jedoch ohne die Steuerplatte. Im zweiten Gehäuseteil 26 ist eine erste Mündungsöffnung 27 angeordnet, welche fluidisch mit dem ersten Fluidanschluss 11 verbunden ist. Die Form der ersten Mündungsöffnung 27 ist im Wesentlichen fluchtend zum ersten Steuerdurchbruch an der Steuerplatte ausgebildet. Allen zweiten Steuerdurchbrüchen ist eine gemeinsame zweite Mündungsöffnung 28 im zweiten Gehäuseteile 26 zugeordnet, welche fluidisch mit dem zweiten Fluidanschluss 12 verbunden ist. Die zweite Mündungsöffnung 28 ist nierenförmig ausgebildet, wobei sie mit einer konstanten Breite entlang eines Kreises verläuft, dessen Mittelpunkt von der Drehachse definiert wird. Die zuletzt genannte Breite ist im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der zweiten Steuerdurchbrüche.
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Weiter ist in 4 die Mündungsöffnung des ersten Kanals 41 zu erkennen, welche in Umfangsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Mündungsöffnung 27; 28 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Axialkolbenmaschine
- 11
- erster Fluidanschluss
- 12
- zweiter Fluidanschluss
- 13
- Drehachse
- 20
- Gehäuse
- 21
- erster Gehäuseraum
- 22
- zweiter Gehäuseraum
- 23
- Leckölanschluss
- 24
- Wandabschnitt für Durchtrieb
- 25
- erstes Gehäuseteil (topfartig)
- 26
- zweites Gehäuseteil (Anschlussplatte)
- 27
- erste Mündungsöffnung
- 28
- zweite Mündungsöffnung
- 41
- erster Kanal
- 42
- zweiter Kanal
- 43
- Mündungsöffnung des zweiten Kanals
- 44
- Ausbuchtung
- 50
- Antriebswelle
- 51
- erstes Drehlager
- 52
- zweites Drehlager
- 53
- Antriebszapfen
- 54
- Durchtriebszapfen
- 60
- Zylindertrommel
- 61
- Zylinderbohrung
- 62
- Kolben
- 63
- Gleitschuh
- 64
- Feder
- 65
- Rückzugsplatte
- 66
- Druckring
- 70
- Schwenkwiege
- 71
- Schwenkachse
- 72
- Antriebsfläche
- 73
- Schwenklager
- 80
- Steuerplatte
- 81
- erster Steuerdurchbruch
- 82
- zweiter Steuerdurchbruch
- 83
- dritter Steuerdurchbruch
- 84
- Außenumfangsfläche
- 85
- Ausrichtausnehmung
- 86
- Bohrung für Ausrichtstift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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