DE102020211284A1

DE102020211284A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise

Info

Publication number: DE102020211284A1
Application number: DE102020211284.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Apperger; Erik Leipersberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-02-13
Filing date: 2020-09-09
Publication date: 2021-08-19
Also published as: CN114233698A; DE102020211285A1; CN114165403A; US11598322B2; US20220074396A1; DE102020211288A1; US20220082104A1

Abstract

Eine Axialkolbenmaschine weist auf ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Triebwelle, eine mit der Triebwelle verdrehsicher verbundene Zylindertrommel mit Verdrängerkolben, eine in dem Gehäuse gelagerte Schrägscheibe, deren Winkellage bezüglich der Drehachse der Triebwelle und der Zylindertrommel zur Verstellung des Hubvolumens veränderbar ist. Zur Verschwenkung der Schrägscheibe ist eine Verstellvorrichtung vorhanden mit einem Verstellzylinder und mit einem im Verstellzylinder längsverschiebbaren, doppeltwirkenden Verstellkolben, der einen Kolben und eine fest mit dem Kolben verbundene Kolbenstange umfasst, die an die Schrägscheibe angelenkt ist.Damit die Verstelleinrichtung einfach und kostengünstig baut und wenig Bauraum benötigt, ist vorgesehen, dass das Gelenk zwischen dem Verstellkolben und der Schrägscheibe ein verschiebbares Drehgelenk ist, das eine Gelenkkörperaufnahme am einen Teil und einen Gelenkkörper am anderen Teil der beiden Teile Verstellkolben und Schrägscheibe umfasst und dass der Gelenkkörper in der Gelenkkörperaufnahme, in Richtung Verschieberichtung des Verstellkolbens eng geführt, um eine parallel zur Schwenkachse verlaufende Drehachse verdrehbar und mit einer Richtungskomponente senkrecht zu der Verschieberichtung des Verstellkolbens und senkrecht zu der Drehachse verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, in Schrägscheibenbauweise. Die Axialkolbenmaschine weist auf ein Gehäuse, eine in dem Gehäuse drehbar gelagerte Triebwelle, eine mit der Triebwelle verdrehsicher verbundene Zylindertrommel mit Verdrängerkolben, eine in dem Gehäuse gelagerte Schrägscheibe, die einer Lauffläche hat, an der sich die Verdrängerkolben abstützen und deren Winkellage bezüglich der Drehachse der Triebwelle und der Zylindertrommel zur Verstellung des Hubvolumens durch Verschwenken der Schrägscheibe um eine Schwenkachse veränderbar ist. Zur Verschwenkung der Schrägscheibe ist eine Verstellvorrichtung vorhanden mit einem sich im Wesentlichen in Richtung der Drehachse der Triebwelle längserstreckenden und sich einseitig der Triebwelle und der Zylindertrommel befindlichen Verstellzylinder und mit einem im Verstellzylinder längsverschiebbaren, doppeltwirkenden Verstellkolben, der einen Kolben und eine fest mit dem Kolben verbundene Kolbenstange umfasst, die in einer sich an den Verstellzylinder anschließenden Führungsbohrung geführt ist und die an die Schrägscheibe angelenkt ist.
Aus der DE 10 2014 211 965 A1 ist eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der zur Verstellung der Schrägscheibe hin zu einem größeren Schwenkwinkel und hin zu einem kleineren Schwenkwinkel zwei einfach wirkende Verstellkolben verwendet werden, von denen ein erster, größerer Verstellkolben an eine Stellkammer angrenzt, für die der Zufluss und der Abfluss von Druckfluid über ein Regelventil gesteuert wird, und von denen ein kleinerer, auch Gegenkolben genannter Verstellkolben an eine zweite Stellkammer angrenzt, die dauernd mit der Hochdruckseite der Axialkolbenpumpe verbunden ist, in der also im Betrieb dauernd Hochdruck ansteht. Die Längsachsen der beiden Verstellkolben verlaufen hier parallel zur Achse der Triebwelle der Axialkolbenpumpe. Die Verstellkolben liegen mit einer Lauffläche jeweils an einem Gleitschuh an, der auf einem in die Schrägscheibe eingesetzten Kugelzapfen allseitig verschwenkbar gelagert ist. Zwischen der Lauffläche eines Verstellkolbens und dem zugehörigen Gleitschuh ist bei einer Verstellung der Schrägscheibe eine Bewegung in einer senkrecht auf der Achse der Triebwelle stehenden Ebene möglich.
Bei einer aus der DE 103 514 73 A1 bekannten hydrostatische Axialkolbenpumpe ist die Schrägscheibe um eine Schwenkachse verschwenkbar, die einen Abstand von der Drehachse der Triebwelle und der Zylindertrommel hat. Die Schrägscheibe ist in die eine Richtung durch einen einfach wirkenden Verstellkolben und in die Gegenrichtung durch die Triebwerkskräfte und eine Schraubendruckfeder verschwenkbar. Die Axialkolbenpumpe hat hier zwar eine wenig aufwendige Verstelleinrichtung, ist aber im Hinblick auf einige Funktionalitäten mit Nachteilen wie eingeschränktes Kraftniveau der Verstellung und eingeschränkte Durchschwenkbarkeit der Schrägscheibe durch eine Nullstellung behaftet.
Aus der DE 19 08 234 A ist eine hydrostatische Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise bekannt, bei welcher zur Verstellung des Hubvolumens die Schrägscheibe mit Hilfe eines doppeltwirkenden Verstellkolbens verschwenkt wird. Der Verstellkolben grenzt an eine erste Stellkammer, für die der Zufluss und der Abfluss von Druckfluid über ein Regelventil gesteuert wird, und an eine im Querschnitt kleinere, ringförmige Stellkammer an, in der dauernd ein Hochdruck ansteht. Der Kolben des Verstellkolbens ist nur geradlinig bewegbar und nicht verkippbar und über eine Koppelstange, die über ein erstes Drehgelenk mit dem Kolben und über ein zweites Drehgelenk mit der Schrägscheibe verbunden ist, in aufwendiger Weise mit der Schrägscheibe bewegungsgekoppelt.
Aus der DE 37 14 888 C2 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt, die einen doppeltwirkenden, die Zylindertrommel umgebenden und ringförmigen Verstellkolben aufweist, der aus einer kreiszylindrischen Buchse, die an beiden Enden in Richtung der Drehachse der Triebwelle geführt ist und außen einen Ring trägt, der einen Ringraum zwischen dem Gehäuse und der Buchse in zwei Stellkammern aufteilt. Die Buchse des Verstellkolbens ist über ein Kugelgelenk und ein Schubgelenk mit der Schrägscheibe bewegungsgekoppelt. Das Schubgelenk ist zwischen einem Mitnahmezapfen an der Schrägscheibe und einer Kalottenbuchse ausgebildet, die auf dem Mitnahmezapfen in dessen Achsrichtung verschiebbar ist. Das Kugelgelenk ist zwischen der Kalottenbuchse und einem in die Stellkolbenbuchse eingesetzten innen sphärisch ausgebildeten Haltering ausgebildet, der die Kalottenbuchse aufnimmt. Hier wird also eine flächige Anlage zwischen der Kalottenbuchse und dem Haltering und damit dem Verstellkolben angestrebt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine der eingangs bezeichneten Art so weiterzuentwickeln, dass die Verstelleinrichtung einfach und kostengünstig baut und wenig Bauraum benötigt.
Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass das Gelenk zwischen dem Verstellkolben und der Schrägscheibe ein verschiebbares Drehgelenk ist, das eine Gelenkkörperaufnahme am einen Teil der beiden Teile Verstellkolben und Schrägscheibe und einen Gelenkkörper am anderen Teil der beiden Teile Verstellkolben und Schrägscheibe umfasst und dass der Gelenkkörper in der Gelenkkörperaufnahme, in Richtung Verschieberichtung des Verstellkolbens eng geführt, um eine parallel zur Schwenkachse verlaufende Drehachse verdrehbar und mit einer Richtungskomponente senkrecht zu der Verschieberichtung des Verstellkolbens und senkrecht zu der Drehachse verschiebbar ist. Gemäß der Erfindung ist zwischen dem Gelenkkörper und der Gelenkkörperaufnahme nur eine linienförmige Berührung vorgesehen. Es ist kein Bauteil mit einer zylindrisch oder sphärisch gekrümmten Innenfläche vorhanden, an der der Gelenkkörper flächig anliegen würde. Damit ist die gelenkige Verbindung zwischen dem Verstellkolben und der Schrägscheibe einfach gestaltet und kostengünstig herstellbar. Auch ist die Montage einfach, weil bei schon eingesetztem Verstellkolben beim Einsetzen der Schrägscheibe der Gelenkkörper leicht in die Gelenkkörperaufnahme eingeschoben werden kann.
Eine erfindungsgemäßer hydrostatische Axialkolbenmaschine kann in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet werden.
Bevorzugt befinden sich die Gelenkkörperaufnahme im Verstellkolben und der Gelenkkörper an der Schrägscheibe. Ein mit einer Gelenkkörperaufnahme, also mit einer Aussparung versehener Verstellkolben kann ohne weiteres in den Verstellzylinder eingeschoben werden. Danach sind keine Manipulationen an dem Verstellkolben mehr notwendig. Die Schrägscheibe dagegen kann leicht mit einem vorspringenden Gelenkkörper montiert werden.
Auch wenn der Verstellzylinder und der Verstellkolben derart angeordnet sind, dass der Verstellkolben nicht parallel, sondern leicht schräg zur Drehachse der Triebwelle verschiebbar ist, wird es bevorzugt, dass die sich im Verstellkolben befindliche Gelenkkörperaufnahme senkrecht zur Verschieberichtung des Verstellkolbens verläuft, so dass der Gelenkkörper in der Gelenkkörperaufnahme senkrecht zur Verschieberichtung des Verstellkolbens verschiebbar ist. Die Kraft, die zur Verstellung der Schrägscheibe notwendig ist, wirkt also in Längsrichtung des Verstellkolbens auf diesen.
Es ist denkbar, dass der Gelenkkörper eine Rolle ist, die in eine längliche Gelenkkörperaufnahme eintaucht. Bevorzugt hat der Gelenkkörper jedoch eine kugelige Oberfläche. Die Gelenkkörperaufnahme ist eine Aufnahmebohrung, deren Durchmesser gemäß einer Spielpassung geringfügig größer als der Durchmesser der kugeligen Oberfläche ist und in die der Gelenkkörper mit der kugeligen Oberfläche eintaucht.
Der Gelenkkörper kann ein Kugelzapfen ist, der insbesondere an der Schrägscheibe befestigt ist, insbesondere eingepresst oder eingeschraubt ist. Alternativ kann eine Kugel auch direkt auf der Schrägscheibe bearbeitet werden.
Der Gelenkkörper kann auch ein Kalottenlager, also eine Buchse mit einer sphärischen Außenfläche sein, die auf einem Zapfen insbesondere der Schrägscheibe gehalten ist.
Die Aufnahmebohrung für einen kugeligen Gelenkkörper ist vorzugsweise als Sackbohrung ausgebildet, so dass der Verstellkolben im Bereich der Aufnahmebohrung noch eine ausreichende Stabilität hat. Damit sich zwischen dem Gelenkkörper mit der kugeligen Oberfläche und dem Boden der Aufnahmebohrung bei einer Bewegung des Gelenkkörpers kein Über- oder Unterdruck aufbaut, ist der vor dem Gelenkkörper befindliche Bereich der Aufnahmebohrung fluidisch mit dem Inneren des Gehäuses verbunden.
Insbesondere führt von dem vor dem Gelenkkörper befindliche Bereich der Aufnahmebohrung eine Entlastungsbohrung, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung ist, durch Material des Verstellkolbens hindurch nach außen. Somit ist zur Entlastung des besagten Bereichs keine Nut in der Oberfläche des Gelenkkörpers notwendig.
Die Aufnahmebohrung befindet sich bevorzugt in einer durch die Längsachse des Verstellkolbens gehenden Axialebene, die Achse der Aufnahmebohrung schneidet also die Längsachse des Verstellkolbens. Vorteilhafterweise ist dann die kugelige Oberfläche des Gelenkkörpers in einem solchen Abstand von der Schwenkachse der Schrägscheibe angeordnet, dass die Längsachse des Verstellkolbens im Abstand außerhalb des Kreisbogens verläuft, auf dem sich der Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche des Gelenkkörpers bei einer Verschwenkung der Schrägscheibe bewegt. Dies lässt sich auch bei einem schräg zur Drehachse der Triebwelle angeordneten Verstellkolben sicherstellen, wenn der Gelenkkörper an der Schrägescheibe derart angeordnet ist, dass bei einer Verschwenkung der Schrägscheibe von einer ersten Extremposition in eine zweite Extremposition der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche des Gelenkkörpers und der Mittelachse des Verstellkolbens zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt.
Die Kolbenstange ist nicht in jeder Position über ihre gesamte Länge durch die Führungsbohrung geführt, da der Aufwand, eine gerade Führungsbohrung zu erzeugen mit der Länge der Führungsbohrung steigt. Bevorzugt ist die Führungsbohrung nur so lang, das die Kolbenstange auch dann noch über die Führungsbohrung vorsteht, wenn sie ganz eingefahren ist, so dass die Länge der Führung der Kolbenstange in der Führungsbohrung unabhängig von der Position des Verstellkolbens ist. Vorteilhafterweise ist jedoch die Führungslänge der Kolbenstange in der Führungsbohrung auf der der Zylindertrommel abgelegenen Seite größer ist als auf der der Zylindertrommel nahen Seite. Die Führungsbohrung endet also an ihrem dem Verstellzylinder abgelegenen Ende in unterschiedlichem Abstand vom Verstellzylinder. Dadurch wird ein auf den Verstellkolben wirkendes Kippmoment gut aufgefangen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass sich über den Spalt zwischen der Führungsbohrung und der Kolbenstange der in einer Fluidkammer am Kolbenabschnitt des Verstellkolbens anstehende Druck bis auf den Gehäusedruck abbaut. Je länger der Spalt ist, desto größer ist demnach die von dem Druck in dem Spalt erzeugte Kraft. Durch eine unterschiedliche Führungs- und damit Spaltlänge kann also eine auf den Verstellkolben wirkende resultierende Querkraft erzeugt werden.
Der Kolben des Verstellkolbens kann außen eine Ringnut aufweisen, in der sich ein an der Wand des Verstellzylinders anliegender Kolbenring befindet. Die Führung für den Verstellkolben wird also allein durch die Kolbenstange auf einem einzigen Durchmesser bewerkstelligt, so dass keine Schwergängigkeit zu erwarten ist.
Wird eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine (auch) als Axialkolbenpumpe betrieben, so ist bevorzugt mindestens eine als Schraubendruckfeder ausgebildete Rückstellfeder vorhanden, die vor der Kolbenstange in einer Aufnahme des Gehäuses angeordnet und zwischen dem Gehäuse und der Kolbenstange des Verstellkolbens eingespannt ist und deren Achse mit der Achse des Verstellkolbens zusammenfällt. Die Rückstellfeder ist also rein linear belastet. Ihre beiden Enden stützen sich an zueinander parallelen Flächen ab. Die Rückstellfeder sorgt dafür, dass die Schrägscheibe eine Vorzugslage, vorzugsweise eine voll ausgeschwenkte Position einnimmt, wenn die Axialkolbenmaschine außer Betrieb ist. Zu Beginn des Betriebs fördert die Axialkolbenmaschine sofort, so dass ein Druckaufbau möglich ist.
Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, bei dem der Gelenkkörper eine an der Schrägscheibe gehaltene Kalottenbuchse ist, und
2 einen Längsschnitt durch das nur mit den für die Erklärung der Erfindung wesentlichen Bauteilen ausgestatteten, zweite Ausführungsbeispiel, bei dem der Gelenkkörper ein in die Schrägscheibe eingepresster Kugelzapfen ist.

Zunächst wird hier das das Ausführungsbeispiel nach 1 beschrieben. Im Anschluss daran wird dann im Wesentlichen nur darauf eingegangen, was das zweite Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
Die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach 1 ist für den Betrieb als Pumpe und als Motor vorgesehen. Sie weist ein zweiteiliges Gehäuse 10 mit einem Gehäusetopf 11 und einer den Gehäusetopf an seiner offenen Seite verschließenden Anschlussplatte 12 auf, an der in nicht näher dargestellter Weise ein Druckanschluss und ein Tankanschluss ausgebildet sind. Vom Druckanschluss und vom Tankanschluss geht jeweils ein nicht näher ersichtlicher Kanal aus, der an der Innenseite der Anschlussplatte 12 in einer nierenförmigen Öffnung ausmündet.
Die Axialkolbenmaschine hat eine Triebwelle 15, die über ein erstes Kegelrollenlager 16, das in den Boden 17 des Gehäusetopfes 11 eingesetzt ist, und nicht dargestelltes zweites Kegelrollenlager, das von der Anschlussplatte 12 aufgenommen wird, um eine Drehachse 18 drehbar gelagert ist. Eine Zylindertrommel 19 ist verdrehsicher, jedoch axial verschiebbar mit der Triebwelle 15 verbunden und hat eine ungerade Anzahl, zum Beispiel neun, von auf einem Teilkreis in gleichen Winkelabständen angeordneten und parallel zur Drehachse 18 ausgerichteten Kolbenbohrungen 20, die zur der Anschlussplatte 12 abgelegenen Stirnseite der Zylindertrommel 19 hin mit ihrem ganzen Querschnitt offen sind, während sie an der der Anschlussplatte 12 zugewandten Stirnseite der Zylindertrommel hin in auf demselben Teilkreis liegenden bogenförmigen Mündungsschlitzen 21 ausmünden.
Zwischen der Zylindertrommel 19 und der Anschlussplatte 12 ist eine Verteilerplatte 25 angeordnet, die gegenüber der Anschlussplatte 12 unverdrehbar gehalten ist und die zwei in dem Schnitt gemäß 1 nicht sichtbare kreisbogenförmige Steuernieren aufweisen, die auf demselben Teilkreis wie die Mündungsschlitze 21 liegen und von denen die eine die eine nierenförmige Öffnung in der Anschlussplatte 12 überdeckt und somit mit dem Druckanschluss fluidisch verbunden ist und die andere die andere nierenförmige Öffnung in der Anschlussplatte überdeckt und somit mit dem Tankanschluss der Axialkolbenmaschine fluidisch verbunden ist. Somit ist, wenn sich die Zylindertrommel 19 mit der Triebwelle 15 dreht eine Kolbenbohrung 20 über ihrem Mündungsschlitz 21 abwechselnd mit dem Druckanschluss und mit dem Tankanschluss verbunden.
In jeder Kolbenbohrung 20 ist ein Verdrängerkolben 26 aufgenommen, der an einem sich außerhalb der Kolbenbohrung 20 befindlichen Kolbenkopf einen allseitig beweglichen Gleitschuh 27 trägt. Über seinen Gleitschuh liegt jeder Verdrängerkolben 26 an einer Lauffläche 34 einer Schrägscheibe 35 an, die um eine Schwenkachse 36 verschwenkbar in zwei in den Gehäusetopf 11 eingesetzten Lagerschalen gelagert. Die Schwenkachse 36 schneidet die Drehachse 18 der Triebwelle 15 im rechten Winkel und verläuft senkrecht zu der Zeichenebene nach 1. Der Kreiszylinder, auf dem sich die Lagerflächen der Lagerschalen und der Schrägscheibe 35 befinden, ist in 1 durch die gestrichelte Kreislinie 37 angedeutet. Zentral hat die Schrägscheibe 35 eine große Öffnung 38 zum Drucktritt der Triebwelle 15.
Damit die Verdrängerkolben 26 nach einem Verdrängungshub, während dessen sie in die Kolbenbohrungen 20 hineingeschoben werden, im Saughub sicher an der Lauffläche 34 der Schrägescheibe 35 verbleiben und sich aus den Kolbenbohrungen herausbewegen, liegt auf einer Schulter der Gleitschuhe 27 eine Rückzugplatte 40 auf, die mit einem zentralen Durchzug 41 an einer nach Art einer Kugelschicht ausgebildeten Rückzugkugel 42 anliegt, die verdrehsicher, jedoch axial beweglich mit der Triebwelle 15 gekoppelt ist. In einem ringförmigen Zwischenraum 43 zwischen der Triebwelle 15 und der Zylindertrommel 19 ist eine in 1 weggelassene Schraubendruckfeder untergebracht, die sich einerseits über einen Sicherungsring an der Zylindertrommel 19 und andererseits über eine Auflagescheibe und entlang der Verzahnung zwischen der Triebwelle 15 und der Zylindertrommel 19 verlaufenden Druckstifte an der Rückzugkugel abstützt. Durch die Schraubendruckfeder werden also zum einen die Zylindertrommel 19 gegen die Verteilerplatte 25 und diese gegen die Anschlussplatte 12 und zum anderen über die Rückzugkugel 42 und die Rückzugplatte 40 die Gleitschuhe 27 an die Schrägscheibe 35 gedrückt und damit beim Saughub die Verdrängerkolben 26 aus den Kolbenbohrungen 20 gezogen.
Zur Veränderung der Winkellage der Schrägscheibe 35 hat die Axialkolbenmaschine eine Verstellvorrichtung 45, die einen doppeltwirkenden Verstellkolben 46 umfasst, der als Differentialkolben mit zwei unterschiedlich großen Wirkflächen ausgebildet ist, von denen die größere als Stellfläche 47 und die kleinere als Gegenfläche 48 bezeichnet sei. Der Verstellkolben 46 hat einen Kolbenabschnitt 49, an dem die Wirkflächen ausgebildet sind, und eine Kolbenstange 50, die einseitig von dem Kolbenabschnitt 49 wegragt. Der Kolbenabschnitt 49 und die Kolbenstange 50 des Verstellkolbens 46 sind in einer gestuften, leicht schräg zur Drehachse 18 der Triebwelle 15 verlaufenden Gehäusebohrung 51 geradlinig in Längsrichtung bewegbar, wobei sich der Kolbenabschnitt 49 in dem Bohrungsabschnitt 52 der Gehäusebohrung 51 befindet, der den größeren Durchmesser hat und einen Verstellzylinder bildet, während die Kolbenstange 50 in dem Bohrungsabschnitt 53 mit dem kleineren Durchmesser längsbeweglich geführt ist. Die Mittelachse 54 der Gehäusebohrung 51 und des Verstellkolbens 46 ist in 1 als gestrichelte Linie eingezeichnet. In Richtung dieser Mittelachse 54 findet die Bewegung des Verstellkolbens 46 statt.
Der Bohrungsabschnitt 53 hat eine solche Länge, dass die Kolbenstange 50 auch dann, wenn sie ganz eingefahren ist, noch über eine gewisse Strecke über den Bohrungsabschnitt 53 vorsteht und in einen Abschnitt 55 der Gehäusebohrung 51 hineinragt, in dem der Durchmesser geringfügig größer als in dem Bohrungsabschnitt 53 ist. Die Kolbenstange 50 wird also unabhängig von der Position des Verstellkolbens immer auf der gleichen Länge geführt
Der Kolbenabschnitt 49 des Verstellkolbens 46 teilt den Bohrungsabschnitt 52 der Gehäusebohrung 51 in eine Stellkammer 56, deren Querschnitt des Bohrungsabschnitts 52 und der Stellfläche 47 des Verstellkolben 46 entspricht, und in eine Gegenkammer 57 auf, die einen ringförmigen Querschnitt hat, dessen Außendurchmesser gleich dem Durchmesser des Bohrungsabschnitts 52 und dessen Innendurchmesser gleich dem Außendurchmesser der Kolbenstange 50 ist und der der Gegenfläche 48 des Verstellkolbens 46 entspricht. Die Stellfläche 47 ist etwa dreimal so groß wie die Gegenfläche 48. Die Gegenkammer 57 ist dauernd mit dem Druckanschluss der Axialkolbenmaschine fluidisch verbunden. In der Gegenkammer 57 steht also der Hochdruck an. Dieser erzeugt an der ringförmigen Gegenfläche 48 des Verstellkolbens 46 eine Kraft, die in Richtung eines Einfahrens der Kolbenstange 50 wirkt. Zur Abdichtung von Stellkammer 56 und Gegenkammer 57 gegeneinander ist in eine umlaufende Ringnut des Kolbenabschnitts 49 ein Kolbenring 58 eingesetzt.
Die die Führungslänge und damit auch die Spaltlänge zwischen dem Bohrungsabschnitt 53 und der Kolbenstange 50 sind auf der Außenseite des Bohrungsabschnitts 53 größer als auf der zum Innern des Gehäuses 10 hin gelegenen Innenseite. Dementsprechend ist auch die Spaltlänge, über die sich der in der Gegenkammer 57 anstehende Druck bis auf den Gehäusedruck abbaut, auf der Außenseite größer als auf der Innenseite. In 1 ist durch die gestrichelte Linie der schräge Verlauf der der Gegenkammer abgelegenen Stirnseite 59 des Bohrungsabschnitts 53 angedeutet. Der Abbau des in der Gegenkammer 57 anstehenden Drucks über verschiedene Spaltlängen über den Umfang des Bohrungsabschnitts 53 führt zu einer auf den Verstellkolben wirkenden Querkraft, die gegen ein durch eine von der Kalottenbuchse auf den Verstellkolben wirkende Kraft erzeugtes Kippmoment wirkt, so dass sich der Verstellkolben ohne Verkantung bewegt.
Nach außen ist die Gehäusebohrung 51 durch eine Verschlussschraube 60 verschlossen.
Die Stellkammer 56 ist von einem einzigen oder von mehreren Regelventilen ansteuerbar, die die Stellkammer mit einer Druckfluidquelle oder mit Tank verbinden oder die Stellkammer sowohl gegen die Druckfluidquelle, die auch durch den Druckanschluss der Maschine gebildet sein kann, als auch gegen Tank absperren. Wird die Stellkammer 56 mit einer Druckfluidquelle verbunden, so fließt der Stellkammer Druckfluid zu und die Kolbenstange 50 fährt aus. Wird die Stellkammer 53 mit Tank verbunden, so kann Druckfluid aus der Stellkammer verdrängt werden, und die Kolbenstange 50 fährt ein. Ist die Stellkammer 56 abgesperrt, so bleibt die Kolbenstange in Ruhe.
Nahe am freien Ende ist in die Kolbenstange 50 des Verstellkolbens 46 eine senkrecht zur Mittelachse 54 verlaufende Sackbohrung 65 eingebracht, die senkrecht zur Mittelachse 54 verläuft und von der eine kleinere Bohrung 66 nach außen in den Abschnitt 55 der Gehäusebohrung 51 führt.
An der Schrägscheibe 35 ist einstückig ein Zapfen 67 ausgebildet, auf den eine Kalottenbuchse 68 bis zu einer Schulter aufgeschoben und an der Schulter durch einen Sicherungsring gehalten ist. Der Durchmesser der sphärischen Oberfläche der Kalottenbuchse 68 ist gleich dem Durchmesser der Sackbohrung 65. Der Zapfen 67 mitsamt der Kalottenbuchse 68 taucht durch eine in Richtung der Mittelachse 54 von Verstellkolben 46 und Gehäusebohrung 51 längliche Öffnung 69 des Abschnitts 55 hindurch in die Sackbohrung 65 des Verstellkolbens 46 ein. Lässt man das für die Beweglichkeit der Kalottenbuchse in der Sackbohrung notwendige Spiel außeracht, so ist die Berührungslinie zwischen der Kalottenbuchse 68 und der Wand der Sackbohrung, also dem Verstellkolben 46 ein Kreis.
Bewegt sich nun der Verstellkolben 46, so wird in beide Bewegungsrichtungen die Kalottenbuchse 68 mitgenommen und dadurch die Schrägscheibe 35 verschwenkt. Dabei ändern sich auch die Tiefe, um die die Kalottenbuchse 68 in die Sackbohrung 65 eintaucht und die Lage der Berührungslinie zwischen Kalottenbuchse und Verstellkolben längs der Sackbohrung. Zugleich dreht sich die Kugelkalotte 68 bezüglich des Verstellkolbens 46 um eine parallel zur Schwenkachse 36 verlaufende und mit der Eintauchtiefe wandernden Drehachse. Das Gelenk zwischen dem Verstellkolben 46 und der Schrägscheibe 35 ist somit ein verschiebbares Drehgelenk, insbesondere ein verschiebbares Kugelgelenk mit der an der Schrägscheibe 35 gehaltenen Kalottenbuchse 68 als Gelenkkörper und der Sackbohrung 65 am Verstellkolben 46 als Gelenkkörperaufnahme.
In 1 ist gestrichelt ein Kreis 70 eingezeichnet, dessen Mittelpunkt auf der Schwenkachse 36 der Schrägscheibe 35 und der in einer senkrecht auf der Schwenkachse 35 stehenden Ebene liegt. Bei einer Verstellung der Schrägscheibe 35 bewegt sich der Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der Kalottenbuchse 68 auf einem Stück dieses Kreises 70. In 1 ist die Schrägscheibe 35 in einer bezüglich einer Nullstellung, in der die Lauffläche 34 senkrecht auf der Drehachse 18 der Triebwelle 15 steht, maximal in die eine Richtung verschwenkten Position gezeigt. Der Zapfen 67 und die Kalottenbuchse befinden sich am einen Ende der länglichen Öffnung 69 des Gehäuses 10. Zwischen dem Mittelpunkt der sphärischen Oberfläche der Kalottenbuchse 68 und der Mittelachse 54 besteht ein erster maximaler Abstand. Wird nun die Schrägscheibe ausgehend von der in 1 gezeigten Stellung durch Ausfahren des Verstellkolbens 46 in der Ansicht nach 1 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt, so nimmt der Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Mittelachse zunächst ab und nimmt dann wieder zu, um nach einer Verschwenkung der Schrägscheibe über die Nullstellung in eine maximal in die andere Richtung verschwenkten Position maximal zu sein. Der Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche der Kalottenbuchse 68 gerät also in keiner Winkellage der Schrägscheibe 35 auf die Mittelachse 54 des Verstellkolbens. Wäre dies der Fall, so könnte sich der Verstellkolben 46 um sein Mittelachse 54 drehen, soweit dies der Zapfen 67 zulassen würde. Dadurch, dass der Abstand zwischen dem Mittelpunkt und der Mittelachse immer größer null ist, wird eine Verdrehung des Verstellkolbens vermieden.
Bei einer Lage der Schrägscheibe 35 zwischen der Nullstellung und der einen maximal verschwenkten Position arbeitet die Axialkolbenmaschine als Pumpe. Bei einer Lage der Schrägscheibe 35 zwischen der Nullstellung und der anderen maximal verschwenkten Position arbeitet die Axialkolbenmaschine bei gleicher Drehrichtung und ohne Wechsel zwischen Druckanschluss und Tankanschluss als Motor.
Die Verstellvorrichtung 45 umfasst des Weiteren zwei konzentrisch zueinander angeordnete Stellfedern 75 und 76, die als Schraubendruckfeder ausgebildet sind und zwischen dem Boden der Gehäusebohrung 51 und dem Verstellkolben eingespannt sind. Die Stellfedern werden also in Richtung ihrer Längsachse belastet und wirken in Richtung eines Einfahrens des Verstellkolbens 46. Somit nimmt die Schrägscheibe 35 die in 1 gezeigte maximal in die eine Richtung ausgeschwenkte Lage ein, wenn in der Stellkammer und in der Gegenkammer kein Druck ansteht. Es ist damit sichergestellt, dass die Maschine bei Betriebsbeginn im Pumpenbetrieb gleich zu fördern beginnt, ohne dass die Verstellvorrichtung von einer Fremddruckquelle mit Druckfluid versorgt werden müsste.
Von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind nur das Gehäuse 10, die Schrägscheibe 35, der Verstellkolben 46 und die beiden Stellfedern 75 und 76 gezeigt.
Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel ist beim zweiten Ausführungsbeispiel in eine Bohrung 79 der Schrägscheibe 35 ein Kugelzapfen 80 gepresst, der mit seinem Kugelkopf 81 in die Sackbohrung 65 des Verstellkolbens 46 eintaucht und über den der Verstellkolben 46 die Schrägscheibe 35 zu verschwenken vermag.
Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel reicht der Bohrungsabschnitt 53, in dem die Kolbenstange 50 des Verstellkolbens 46 geführt ist, bis zum Boden der Gehäusebohrung 51, so dass die Kolbenstange unabhängig von der Position des Verstellkolbens 46 immer über ihre sich außerhalb des Bohrungsabschnitts 52 befindliche Länge geführt ist und sich, abgesehen von dem Bereich der Öffnung 69 zwischen der Gehäusebohrung 51 und dem Inneren des Gehäuses 10, und die Spaltlänge zwischen der Kolbenstange 50 und dem Bohrungsabschnitt 53 von der Position des Verstellkolbens 46 abhängt.
Eine Entlastungsbohrung 66 für die Sackbohrung 65 führt beim zweiten Ausführungsbeispiel in axialer Richtung des Verstellkolbens 46 in die Sackbohrung 65, weil wegen des engen Spaltes radial außerhalb der Kolbenstange 50 nach radial kein, zumindest aber kein schneller Druckausgleich möglich ist.
Bezugszeichenliste

10: zweiteiliges Gehäuse
11: Gehäusetopf von 10
12: Anschlussplatte von 10
15: Triebwelle
16: Kegelrollenlager
17: Boden von 11
18: Drehachse von 15
19: Zylindertrommel
20: Kolbenbohrung
21: Mündungsschlitz von 20
25: Verteilerplatte
26: Verdrängerkolben
27: Gleitschuh
34: Lauffläche an 35
35: Schrägscheibe
36: Schwenkachse von 35
37: Kreislinie
38: zentrale Öffnung in 35
40: Rückzugplatte
41: zentraler Durchzug an 40
42: Rückzugkugel
43: ringförmiger Zwischenraum
45: Verstellvorrichtung
46: Verstellkolben
47: Stellfläche
48: Gegenfläche
49: Kolbenabschnitt von 46
50: Kolbenstange
51: Gehäusebohrung
52: Bohrungsabschnitt von 51
53: Bohrungsabschnitt
54: Mittelachse von 46
55: Abschnitt von 51
56: Stellkammer
57: Gegenkammer
58: Kolbenring
59: Stirnseite von 53
60: Verschlussschraube
65: Sackbohrung
66: Bohrung
67: Zapfen an 35
68: Kalottenbuchse
69: Öffnung 69 in 55
70: Kreislinie
75: Stellfeder
76: Stellfeder
79: Bohrung in 35
80: Kugelzapfen
81: Kugelkopf von 80

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014211965 A1 [0002]
DE 10351473 A1 [0003]
DE 1908234 A [0004]
DE 3714888 C2 [0005]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, die ein Gehäuse (10), eine in dem Gehäuse (10) drehbar gelagerte Triebwelle /15), eine mit der Triebwelle (15) verdrehsicher verbundene Zylindertrommel (19) mit Verdrängerkolben (26), eine in dem Gehäuse (10) gelagerte Schrägscheibe (35), die eine Lauffläche (34) hat, an der sich die Verdrängerkolben (26) abstützen und deren Winkellage bezüglich der Drehachse (18) der Triebwelle (15) und der Zylindertrommel (19) zur Verstellung des Hubvolumens durch Verschwenken der Schrägscheibe (35) um eine Schwenkachse (36) veränderbar ist, und eine Verstellvorrichtung (45) mit einem sich im allenfalls geringfügig schräg zur Drehachse (18) der Triebwelle (159 längserstreckenden und sich einseitig der Triebwelle (15) und der Zylindertrommel (19) befindlichen Verstellzylinder (52) und mit einem im Verstellzylinder (52) längsverschiebbaren, doppeltwirkenden Verstellkolben (46) aufweist, der einen Kolbenabschnitt (49) und eine fest mit dem Kolbenabschnitt (49) verbundene Kolbenstange (50) umfasst, die in einer sich an den Verstellzylinder (52) anschließenden Führungsbohrung (53) geführt ist und die an die Schrägscheibe (35) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk zwischen dem Verstellkolben (46) und der Schrägscheibe (35) ein verschiebbares Drehgelenk ist, das einen Gelenkkörper (68, 80) am einen Teil (35) der beiden Teile Verstellkolben (46) und Schrägscheibe (35) und eine Gelenkkörperaufnahme (65) am anderen Teil (46) der beiden Teile Verstellkolben (46) und Schrägscheibe (35) umfasst und dass der Gelenkkörper (68, 80) in der Gelenkkörperaufnahme (65), in Richtung Verschieberichtung des Verstellkolbens (46) eng geführt, um eine parallel zur Schwenkachse (36) verlaufende Drehachse verdrehbar und mit einer Richtungskomponente senkrecht zu der Verschieberichtung des Verstellkolbens (46) und senkrecht zu der Drehachse verschiebbar ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei sich die Gelenkkörperaufnahme (65) im Verstellkolben (46) und der Gelenkkörper (68, 80) an der Schrägscheibe (35) befindet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2, wobei die Gelenkkörperaufnahme (65) senkrecht zur Verschieberichtung des Verstellkolbens (46) verläuft, so dass der Gelenkkörper (68, 80) in der Gelenkkörperaufnahme (65) senkrecht zur Verschieberichtung des Verstellkolbens (46) verschiebbar ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, wobei der Gelenkkörper (68, 80) eine kugelige Oberfläche aufweist und wobei die Gelenkkörperaufnahme eine Aufnahmebohrung (65) ist, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der kugeligen Oberfläche ist und in die der Gelenkkörper (68, 80) mit der kugeligen Oberfläche eintaucht.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 4, wobei der Gelenkkörper ein Kugelzapfen (80) ist, der am einen Teil (35) der beiden Teile Verstellkolben (46) und Schrägscheibe (35), insbesondere an der Schrägscheibe (35), befestigt ist, insbesondere eingepresst oder eingeschraubt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 4, wobei der Gelenkkörper eine Kalottenbuchse (68) ist, die auf einem Zapfen (67) insbesondere der Schrägscheibe (35) gehalten ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 4, 5 oder 6, wobei die Aufnahmebohrung (65) eine Sackbohrung ist, von deren vor dem Gelenkkörper (68, 80) befindliche Bereich eine Ausgleichsbohrung (66), deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Aufnahmebohrung (65) ist, nach außen führt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2 einem der Patentansprüche 4 bis 7, wobei sich die Aufnahmebohrung (65) in einer durch die Längsachse des Verstellkolbens (46) gehenden Axialebene befindet und die kugelige Oberfläche des Gelenkkörpers (68, 80) in einem solchen Abstand von der Schwenkachse (36) der Schrägscheibe (35) angeordnet ist, dass die Längsachse (54) des Verstellkolbens (46) im Abstand außerhalb des Kreisbogens (70) verläuft, auf dem sich der Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche des Gelenkkörpers (68, 80) bei einer Verschwenkung der Schrägscheibe (35) bewegt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 8, wobei bei einer Verschwenkung der Schrägscheibe (35) von einer ersten Extremposition in eine zweite Extremposition der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der kugeligen Oberfläche des Gelenkkörpers (68, 80) und der Mittelachse (54) des Verstellkolbens (46) zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Führungslänge der Kolbenstange (50) in der Führungsbohrung (53) auf der der Zylindertrommel (19) abgelegenen Seite größer ist als auf der der Zylindertrommel (19) nahen Seite.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei der Kolbenabschnitt (47) des Verstellkolbens (46) außen eine Ringnut aufweist, in der sich ein an der Wand des Verstellzylinders (52) anliegender Kolbenring (58) befindet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei vor der Kolbenstange (50) in einer Aufnahme (51) des Gehäuses (10) mindestens eine als Schraubendruckfeder ausgebildete und zwischen dem Gehäuse (10) und der Kolbenstange (50) des Verstellkolbens (46) eingespannte Stellfeder (75, 76) angeordnet ist, deren Achse mit der Mittelachse (54) des Verstellkolbens (469 zusammenfällt und die linear belastet ist.