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Axialkolbenmaschine mit umlaufender, kegelradgetriebener Zylindertrommel
Während die Umlaufkörper (Zylindertrommel und Antriebskörper) von Axialkolbenpumpen
in den meisten Fällen zwecks Veränderung der geförderten Druckflüssigkeitsmenge
unter einem einstellbaren Winkel gegeneinander geneigt sind, sind bei Axialkolbenmotoren
die Achsen der Umlaufkörper meist unter einem feststehenden Winkel gegeneinander
geneigt. Bei Axialkolbenmaschinen, die mit hoher Drehzahl - beispielsweise 1500
U/min - umlaufen, reicht die durch die Pleuelstangen der Kolben gebildete Verbindung
zwischen Antriebskörper und Zylindertrommel in den meisten Fällen aus, um einen
zwangläufigen Gleichlauf zwischen den beiden Umlaufkörpern zu gewährleisten. Eine
zusätzliche Sicherung läßt sich hierbei noch dadurch erreichen, daß die Umlaufkörper
an ihren einander zugekehrten Stirnseiten mit einem koaxial angeordneten Kardangelenk
in Drehrichtung starr gekuppelt werden.
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Bei langsam laufenden Axialkolbenmaschinen, beispielsweise solchen,
die mit einer Drehzahl von etwa 15 bis 100 U/min umlaufen, reichen infolge der außerordentlich
großen zu übertragenden Drehmomente die vorerwähnten Mittel nicht aus, um mit ausreichender
Sicherheit und Genauigkeit einen Gleichlauf zwischen Zylindertrommel und Antriebskörper
zu gewährleisten. Infolge der großen zu übertragenden Kräfte und der geringen jeweils
zur Anlage kommenden Berührungsflächen ergeben sich unzulässig hohe Flächenpressungen,
die bleibende Verformungen nach sich ziehen.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits vorgeschlagen, die
mit ihren Achsen unter einem feststehenden Winkel ` gegeneinander geneigten Umlaufkörper
an ihren einander zugekehrten Stirnseiten mit koaxial angeordneten Kegelrädern auszurüsten.
Von diesen Kegelrädern ist das eine mit der Stirnseite des Antriebskörpers unlösbar
verbunden, während das andere an der Stirnseite der Zylindertrommel angeschraubt
ist. Diese Kegelräder erlauben wegen der verhältnismäßig großen Berührungsflächen
zwischen den im Eingriff stehenden Zähnen und des relativ großen Hebelarmes zwischen
den Achsen der Umlaufkörper und der Zahnteilung auch bei sehr geringen Drehzahlen
bzw. entsprechend hohen zu übertragenden Drehmomenten ohne die Gefahr unzulässig
hoher Flächenpressungen bzw. eines übermäßig starken Verschleißes der Zahnflanken
eine zwangläufige Mitnahme des angetriebenen Umlaufkörpers durch den treibenden
Umlaufkörper.
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Ein Nachteil dieser vorbekannten Bauart besteht jedoch darin, daß
infolge unvermeidbarer Ungenauigkeiten bei der Fertigung sowie der in Drehrichtung
unverstellbaren, teils festen, teils lösbaren Verbindung der Kegelräder mit den
ihnen zugeordneten Umlaufkörpern sich keine derart genaue Einstellung erreichen
läßt, daß die die Umlaufkörper verbindenden Pleuelstangen in ihren beiden Totlagen
jeweils genau in der Längsmittelebene der Axialkolbenmaschine angeordnet sind. Vielmehr
läßt es sich bei der bekannten Kegelradkupplung praktisch nicht vermeiden, daß die
beiden Umlaufkörper um ein mehr oder weniger starkes Maß in Umfangsrichtung gegeneinander
verdreht sind, so daß die Kolben nicht genau in dem Augenblick ihre obere und untere
Totlage erreichen, in dem die zugehörigen Zylinder weder an die Zufluß- noch an
die Abflußöffnung des Steuerspiegels angeschlossen sind. Eine solche Ungenauigkeit
in der Relativstellung der beiden Umlaufkörper und die sich hieraus ergebende Ungenauigkeit
ihrer Einstellung gegenüber den meist nierenförmig ausgebildeten Zuführungs-bzw.
Abflußöffnungen des Steuerspiegels führt bereits bei kleineren Abweichungen zu einer
beträchtlichen Verringerung des am Antriebskörper zur Verfügung stehenden Drehmomentes
bzw. des Wirkungsgrades der Axialkolbenmaschine.
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Der Erfinder hat sich nun die Aufgabe gestellt, bei derartigen Axialkolbenmaschinen
mit Triebverbindung der Umlaufkörper durch an diesen befestigte Kegelräder eine
Möglichkeit zu schaffen, trotz der in Drehrichtung starren Kupplung der beiden Umlaufkörper
in einfacher Weise die Totpunktlage der Kolben in ihrer Phase gegen die des Antriebskörpers
zu ändern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eines
der beiden Kegelräder gegenüber der Zylindertrommel bzw. gegenüber dem Antriebskörper
verdrehbar und nach dem Verdrehen feststellbar ist. Hierdurch erreicht man zunächst,
daß unabhängig
von in der Praxis nicht zu vermeidenden Bearbeitungsungenauigkeiten
der beiden miteinander kämmenden Kegelräder die beiden Umlaufkörper der Axialkolbenmaschine
in ihrer Stellung zueinander derart genau aufeinander abgestimmt werden können,
daß die sie verbindende Pleuelstangen in ihren Totpunktlagen genau in der Längsmittelebene
des Maschinengehäuses liegen und keinerlei hemmend wirkende Kraftkomponenten 'auftreten.
Außerdem bietet die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung der Axialkolbenmaschine
die Möglichkeit, die beiden Umlaufkörper in ihrer Stellung gegenüber dem meist mit
dem Maschinengehäuse fest verbundenen Steuerspiegel derart genau und feinfühlig
einzustellen, daß die Zylinder in dem Augenblick, in dem die Kolben ihre obere und
untere Totpunktlage erreichen, weder mit der Zufluß- noch mit der Abflußöffnung
des Steuerspiegels verbunden sind. Andererseits gewährleisten die stirnseitig an
den Umlaufkörpern befestigten Zahnräder, da sie ohne weiteres mit relativ großem
Durchmesser und großen Zahnlängen ausgeführt werden können, eine zuverlässige Mitnahme
des angetriebenen Umlaufkörpers auch bei großen zu übertragenden Drehmomenten,.
d. h. insbesondere bei mit geringer Drehzahl umlaufenden Axial kolbenmaschinen.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin; daß sich durch ein
Verstellen des einstellbaren Kegelrades die Relativstellung der beiden Umlaufkörper
im Bedarfsfalle auch in solcher Weise verändern läßt, daß der eine Umlaufkörper
dem anderen in Drehrichtung um ein gewisses Maß vor- bzw. nacheilt. Hierdurch 1äßt
sich bei einem Axialkolbenmotor erreichen, daß der in den Zylindern herrschende
Druckmitteldruck in den beiden Drehrichtungen der Maschine eine unterschiedliche
Höhe erreicht, so daß in der einen Drehrichtung am Antriebskörper ein wesentlich
größeres Drehmoment zur Verfügung steht als in der anderen Drehrichtung. Eine derartige
Differenzierung des am Antriebskörper verfügbaren Drehmomentes ist insbesondere
bei solchen Arbeitsmaschinen von Vorteil, die in beiden Drehrichtungen unterschiedlich
belastet sind. Derartige Maschinen sind beispielsweise Band- oder Stegkettenförderer,
wie sie vor allem im Untertage-Grubenbetrieb Verwendung finden, sowie durch Zugmittel
am Abbaustoß entlangbewegte Gewinnungsmaschinen. ` Sofern beispielsweise mittels
eines selbsttätig arbeitenden Leistungsreglers die Leistung der dem langsam laufenden
Axialkölbenmotor zugeordneten Axialkolbenpumpe konstant gehalten wird, hat eine
Verringerung des Druckmitteldruckes in den Zylindern des Axialkolbenmotörs durch
eine Verstellung von mindestens einem der beiden Kegelräder eine entsprechende Erhöhung
der Druckmittelfördermenge zur Folge, da bei konstanter Leistung das Produkt aus
Druckmitteldruck und Fördermenge konstant bleibt. Eine derartige Vergrößerung der
Druckmittelfördermenge bedeutet jedoch eine Vergrößerung der Drehzahl der Axialkolbemnaschine,
so daß die durch die Verstellung von wenigstens einem der beiden Kegelräder herbeigeführte
Verringerung des am Antriebskörper verfügbaren Drehmomentes gleichzeitig eine Vergrößerung.
der Drehzahl des Axialkolbenmotors zur Folge hat.
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Während es in den meisten Fällen ausreicht, daß nur eines der beiden-miteinander
kämmenden Kegelräder an dem zugehörigen Umlaufkörper um dessen Achse um ein geringes
Maß, beispielsweise um einen Winkel von etwa 3 bis 5°, verdrehbar sowie in jeder
beliebigen Drehstellung feststellbar gelagert ist, steht selbstverständlich nichts
im Wege, im Bedarfsfalle auch beide Kegelräder an den ihnen zugeordneten Umlaufkörpernverdrehbar
sowie in jederDrehstellung feststellbar zu befestigen. In diesem Falle genügt eine
noch geringere Verdrehbarkeit jedes Kegelrades gegenüber dem zugehörigen Umlaufkörper.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist das Kegelrad auf einem
koaxialen Zapfen des zugehörigen Umlaufkörpers gelagert und die Einstell- und Feststellvorrichtung
zwischen Lagerzapfen und Zahnkranz angeordnet. Durch den Lagerzapfen wird hierbei
eine Zentrierung des Kegelrades bei jeder Verdrehstellung gewährleistet, während
die Einstellvorrichtung sowohl eine Bewegung des Kegelrades in die jeweils gewünschte
Verdrehstellung als auch dessen Feststellung nach der Einstellung ermöglicht. Da
die Kegelräder zur Erzielung möglichst großer Hebelarme einen verhältnismäßig großen
Durchmesser erhalten, reicht der zwischen Lagerzapfen und Zahnkranz vorhandene Zwischenraum
zur Unterbringung der Einstellvorrichtung völlig aus. Darüber hinaus lassen sich
in dem Bereich zwischen Lagerzapfen und Zahnkranz ohne weiteres die zur Verbindung
mit dem Umlaufkörper dienenden Befestigungselemente unterbringen, die vorzugsweise
aus an der Stirnseite des zugehörigen Umlaufkörpers lösbar befestigten Schrauben
bestehen, die in mehreren in Umfangsrichtung zwischen Lagerzapfen und Zahnkranz
verlaufenden Langlöchern des Kegelrades geführt sind.
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Eine besonders einfache Ausbildung der Einstellvorrichtung ergibt
sich dadurch, daß eine in einer Ausnehmung des Kegelrades angeordnete Exzenterbuchse
vorgesehen wird, welche um eine außermittige Achse des zugeordneten Umlaufkörpers
derart verdrehbar und feststellbar ist, daß sie sich mit einem Teil ihrer äußeren
Umfangsfläche gegen die innere Umfangsfläche der Kegelradausnehmung abstützt. Die
Exzenterbuchse ist hierbei mittels einer Spannschraube gegenüber dem einstellbaren
Kegelrad in jeder Drehstellung festspannbar.
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In allen Fällen empfiehlt sich eine solche Anordnung, daß die Einstellvorrichtung
und die Feststellmittel des einstellbaren Kegelrades ohne Trennung der kraftschlüssigen
Verbindung mit dem anderen Kegelrad zu betätigen sind. Um nach dem Einbau der miteinander
gekuppelten Umlaufkörper in das Maschinengehäuse die vorerwähnte Einstellung der
Umaufkörper untereinander sowie gegenüber dem Steuerspiegel in einfacher Weise vornehmen
bzw. im Bedarfsfalle korrigieren zu können, hat das Maschinengehäuse im Bereich
der miteinander kämmenden Kegelräder mindestens eine verschließbare Montageöffnung
großen Querschnittes. Eine besonders zweckmäßige Anordnung ergibt sich hierbei,
wenn die Montageöffnung etwa die Basis des von den einander zugekehrten Stirnseiten
der beiden Umlaufkörper eingeschlossenen Winkels bildet. Mittels einer solchen Montageöffnung
läßt sich nicht nur auf einfachste Weise die vorerwähnte Einstellung und Feststellung
der beiden durch die Kegelräder im Sinne eines zwangläufigen Gleichlaufes miteinander
kraftschlüssig gekuppelten Umlaufkörper herbeiführen, sondern auch ein Auswechseln
der einzelnen Kolben und Pleuelstangen vornehmen, ohne daß hierzu, wie es bisher
regelmäßig erforderlich war, mindestens einer der Umlaufkörper ausgebaut werden
muß.
In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 einen Axialkolbenmotor im Längsschnitt, Fig. 2
eine Teilansicht des einstellbaren Kegelrades, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie
III-III der Fig. 2. Die Zylindertrommel 1 und der Antriebskörper 2, die beiden Umlaufkörper
des in Fig.1 dargestellten Axialkolbenmotors, sind im Maschinengehäuse 3 unter einem
feststehenden Winkel a gegeneinander geneigt angeordnet. Zur Lagerung der Zylindertrommel
1 dient eine im Querschnitt mehrfach abgestufte Achse 4, welche mit der den Steuerspiegel
bildenden Stirnwand 5 des Maschinengehäuses 3 mittels mehrerer Schrauben 6, 7 und
einer die Stirnseite der Achse 4 übergreifenden Kappe 8 starr verbunden ist. Die
Zylindertrommel 1 ist auf der Achse 4 mittels zweier Radialläger 9, 10 gelagert,
die als Zylinderrollenlager ausgebildet sind, welche eine gewisse axiale Relativbewegung
zwischen Zylindertrommel 1 und Achse 4 zulassen.
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Die Zylindertrommel 1 ist mit neun axialen Zylinderbohrungen 11 versehen,
welche einen über die gesamte. Länge der Zylindertrommel 1 gleichbleibenden Querschnitt
haben. An der dem Steuerspiegel 5 zugekehrten Stirnseite der Zylindertrommel l ist
eine Bodenplatte 12 mittels einer größeren Anzahl von Schrauben 13, 14 lösbar befestigt.
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Den Anschlußbohrungen 15 der Bodenplatte 12 sind nierenförmige Zu-
bzw. Abflußöffnungen 16 bzw.17 des Steuerspiegels zugeordnet, die über Anschlußkanäle
18, 19 an die zur Axialkolbenpumpe führenden Druckmittelleitungen 20, 21 angeschlossen
sind.
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Bei der Darstellung in Fig.1 ist der Steuerspiegels einschließlich
der Öffnungen 16,17 und Kanäle 18, 19 in einer gegenüber dem Maschinengehäuse 3
versetzten Stellung gezeichnet. In Wirklichkeit liegen die zwischen den beiden nierenförmigen
Öffnungen 16, 17 des Steuerspiegels befindlichen Stege in der Zeichenebene der Fig.1.
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In den Zylinderbohrungen 11 der Zylindertrommel 1 sind Kolben 22 axial
verschieblich und dichtend geführt, in denen die kugelig ausgebildeten Köpfe 23
von Pleuelstangen 24 um ein begrenztes Maß raumgelenkig gelagert sind. Die am anderen
Ende der Pleuelstangen 24 vorgesehenen Kugelköpfe 25 sind in Gelenkpfannen 26 gelagert,
die in der Stimseite des Antriebskörpers 2 befestigt sind. Die Pleuelstangen
24 sind mit einer sich über ihre gesamte Länge erstreckenden Längsbohrung
27 ausgerüstet, durch welche die Gelenkverbindung zwischen den Gelenkpfannen 26
und den Pleuelstangenköpfen 25 geschmiert wird.
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Die Zylindertrommel l ist über ein Axiallager 28 gegen ein aus mehreren
Tellerfedern bestehendes Federelement 29 abgestützt, das sich seinerseits gegen
eine auf das freie Ende der Achse 4 aufgeschraubte Spannmutter 30 abstützt. Durch
Anziehen der Spannmutter 30 wird die Bodenplatte 12 der Zylindertrommel 1 mit einer
zunehmenden Vorspannung gegen die Gleitfläche des Steuerspiegels 5 gedrückt. Hierdurch
ist gewährleistet, daß die einander zugekehrten Gleitflächen der Bodenplatte 12
und des Steuerspiegels 5 bereits vor Druckbeaufschlagung der Zylinder 11 mit einer
solchen Kraft gegeneinandergedrückt werden, daß bei Druckbeaufschlagung des Motors
keine Druckmittelverluste auftreten.
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Mit der dem Antriebskörper 2 zugekehrten Stirnseite der Zylindertrommel
l ist ein mit einer Radialverzahnung versehenes Kegelrad 31 mittels mehrerer Schrauben
32 lösbar verbunden. Mit dem Kegelrad 31 steht ein zweites Kegelrad 33 im Eingriff;
welches an der Stirnseite des Antriebskörpers 2 lösbar sowie verstellbar befestigt
ist. Die Kegelräder 31, 33 sind jeweils koaxial zu den Achsen der zugehörigen Umlaufkörper
1 bzw. 2 angeordnet und haben einen verhältnismäßig großen Zahnkranzdurchmesser,
der nur wenig geringer als der halbe Durchmesser der Zylindertrommel 1 und des Antriebskörpers
2 ist. Ferner haben die Zahnkränze der Kegelräder 31 und 33 gleiche Zähnezahlen
und gleiche Zahnformen. Das Kegelrad 33 ist auf einem koaxialen Lagerzapfen 34 des
Antriebskörpers 2 verdrehbar gelagert und mit der Stirnseite des Antriebskörpers
2 durch eine insbesondere in den Fig. 2 und 3 ersichtliche Einstellvorrichtung 35
sowie durch mehrere in der Stirnseite des Antriebskörpers 2 lösbar befestigte Kopfschrauben
36 verbunden. Zur Aufnahme der Schraubenbolzen 36 ist das Kegelrad 33 zwischen Lagerzapfen
34 und Zahnkranz mit mehreren in Umfangsrichtung verlaufenden Langlöchern 37 versehen,
welche eine Relativdrehung zwischen Kegelrad 33 und Antriebskörper 2 um etwa 3 bis
5° zulassen.
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Die Einstellvorrichtung 35 besteht, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich
ist, aus einer Exzenterbuchse 38, welche um die Achse a - a einer am Antriebskörper
2 angeordneten Spannschraube 39 gedreht und durch Anziehen der Spannschraube 39
in jeder beliebigen Stellung gegen die Stirnseite des Antriebskörpers 2 festgespannt
werden kann. Der Kopf der Spannschraube 39 ist zu ihrem Anziehen und Lösen mit einem
Innensechskant 40 versehen. Die Schraube 39
wird durch einen Federring
41 in ihrer Lage gesichert. Um die Exzenterbuchse 38 mit einem Schlüssel fassen
zu können, ist sie mit zwei seitlichen Abflachungen 42 versehen.
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Die Exzenterbuchse 38 ist in einer zwischen dem Lagerzapfen 34 und
dem Zahnkranz des Kegelrades 33 vorgesehenen Ausnehmung 43 des Kegelrades gelagert,
welche eine in radialer Richtung langgestreckte, beispielsweise etwa ovale oder
ellipsenförmige Querschnittsform hat.
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Zum Verstellen des Kegelrades 33 werden zunächst die in den Langlöchern37
gelagerten Befestigungsschrauben 36 sowie die Spannschraube 39 gelockert. Durch
Drehen der Exzenterbuchse 38 mittels eines geeigneten Schlüssels gegenüber der Achse
a - a wird dann das Kegelrad 33 um den jeweils gewünschten Betrag gegenüber
dem Antriebskörper 2 verdreht. Die Exzenterbuchse 38 stützt sich hierbei mit einem
Teil ihrer äußeren Umfangsfläche gegen die innere Umfangsfläche der Kegelradausnehmung
43 ab. Anschließend wird durch Anziehen der Spannschraube 39 und der Feststellschraube
36 das Kegelrad 33 in der neuen Stellung befestigt.
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Um dieses Verstellen bei eingebauten Umlaufkörpern 1, 2 vornehmen
zu können, ist das Maschinengehäuse 3 im Bereich der Kegelräder 31 und 33 mit einer
Montageöffnung 44 großen Querschnittes versehen, die durch eine lösbar befestigte
Platte verschlossen ist (Fig.1). Die Montageöffnung 44 bildet etwa die Basis des
durch die einander zugekehrten Stirnseiten der Zylindertrommel 1 und des Antriebskörpers
2 eingeschlossenen Winkels, so daß von dieser Montageöffnung 44 aus nicht nur das
Einstellen des Kegelrades 32 vorgenommen werden kann, sondern beispielsweise auch
die Pleuelstangen 24 einschließlich der Kolben 22 ausgewechselt werden können bzw.
die
Spannvorrichtung 29, 30 für die Zylindertrommel 1 verstellt werden kann.
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Selbstverständlich ist es möglich, an Stelle einer Montageöffnung
44 im Bereich der Kegelräder 31 und 33 auch mehrere in ihrem Querschnitt groß bemessene
Montageöffnungen vorzusehen. Schließlich kann in Abweichung von dem in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiel nicht das am Antriebskörper 2, sondern das an
der Zylindertrommel 1 befestigte Kegelrad 31 in Umfangsrichtung um einen geringen
Winkel verdrehbar und in jeder Stellung feststellbar angeordnet werden. Ebenfalls
steht nichts im Wege, im Bedarfsfalle auch für beide Kegelräder 31 und 33 eine derartige
Verstellbarkeit vorzusehen.
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Der Antriebskörper 2 ist in dem Gehäuseabschnitt 45 des Maschinengehäuses
3 mittels zweier Radiallager 46, 47 und eines Axiallagers 48 drehbar gelagert. Die
Welle des Antriebskörpers ist auf dem größeren Teil ihrer Länge als Hohlwelle 49
ausgebildet, die mit mehreren, in Umfangsrichtung im Abstand zueinander angeordneten
Keilnuten 50 versehen ist. In die Hohlwelle 49 kann somit ein als Keilwelle ausgebildeter
Wellenstumpf der angetriebenen Maschine eingesteckt werden.