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Lagerung des Zylinderblocks im Gehäuse einer Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine
Die Erfindung betrifft die Lagerung des nicht umlaufenden Zylinderblocks im Gehäuse
einer Taumelscheiben-Axialkolbenmaschine (Pumpe oder Motor) mit einer auf der Triebwelle
befestigten Steuerscheibe, die an der Stirnfläche des Zylinderblocks anliegt.
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Bekannte Axialkolbenmaschinen weisen entweder einen umlaufenden oder
einen stationären Zylinderblock auf. Gegenüber Maschinen mit un-laufendem Zylinderblock
haben solche mit stationärem Zylinderblock den Vorteil, daß das Auftreten von verhältnismäßig
hohen Zentrifugalkräften vermieden wird, welche sich insbesondere bei hohen Drehzahlen
nachteilig bemerkbar machen. Bei Maschinen mit stationärem Zylinderblock bestehen
dagegen insbesondere deshalb Schwierigkeiten, weil die Steuerfläche des Zylinderblocks
im Betrieb stets gut dichtend auf der Steuerfläche der umlaufenden Steuerscheibe
anliegen soll, was selbst bei Einhaltung sehr enger Toleranzen für die Einzelteile
der Maschine in vielen Fällen nicht zufriedenstellend erzielbar ist.
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Die erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten werden bei einer Axialkolbenmaschine
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß der Zylinderblock
nur entlang einer kreisförmigen Umfangslinie oder schmalen Kreiszylindermantelfläche
an der Innenwand des Gehäuses nahe der Taumelscheibe beweglich gelagert ist. Vorzugsweise
ist die Anlagefläche des Zylinderblocks kugelig und die Anlagefläche des Gehäuses
zylindrisch ausgebildet.
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Der besondere Vorteil der Erfindung ist, daß durch die bewegliche
Lagerung des nicht umlaufenden Zylinderblocks im Maschinengehäuse nicht nur die
Steuerfläche des Zylinderblocks im Betrieb stets gut dichtend auf der Steuerfläche
der umlaufenden Steuerscheibe anliegt, sondern auch die Toleranzen der Einzelteile
der Maschine nicht so genau sein müssen wie bei den bekannten Taumelscheibenmaschinen.
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In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann ein am Gehäuse befestigter
Querstift in eine Öffnung des Zylinderblocks ragen, deren Durchmesser größer als
der Außendurchmesser des Stifts ist. Die Berührungslinie des Zylinderblocks liegt
zweckmäßigerweise in einer Querebene durch den Schnittpunkt der Längsachse des Zylinderblocks
mit der Ebene durch die Mittelpunkte der kugeligen Kolbenköpfe. Der Zylinderblock
kann durch eine Feder gegen eine einstückig mit der Triebwelle ausgebildete Steuerscheibe
gedrückt werden, von der ein axialer Ansatz in der angrenzenden Stirnwand des Gehäuses
gelagert ist.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
einzige Figur zeigt einen. Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine, die ein
Ausführungsbeispiel für eine bewegliche Lagerung des Zylinderblocks enthält.
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Die dargestellte Axialkolbenmaschine soll im folgenden der Einfachheit
halber als Motor beschrieben werden. Am einen Ende des Motorgehäuses 10 ist
eine Deckplatte 11 mit Schrauben 12 angeschraubt. In der Deckplatte
11 und in der gegenüberliegenden Stirnwand des Gehäuses 10 ist die Triebwelle 16
in je einem Wälzlager 13,14 gelagert. Die Steuerscheibe 17 ist einstückig
mit der Triebwelle 16 ausgebildet und hat einen sich in axialer Richtung
erstreckenden Ansatz 18, der zur Lagerung in dem Wälzlager 14 und zur Zuleitung
der Druckflüssigkeit dient. Die Taumelscheibe 23 ist ebenfalls starr mit der Triebwelle
16 über eine Hülse 21 verbunden, die mit einem Klemmring 22 und einem Stift
20 an de_ Triebwelle befestigt ist.
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Der Zylinderblock 25 ist entlang einer schmalen Kreiszylindermantelftäche
an der Innenwand des Gehäuses 10 nahe der Taumelscheibe 23 beweglich gelagert.
Vorzugsweise ist jedoch die Anlagefläche 26 des Zylinderblocks kugelig ausgebildet,
so daß praktisch nur eine Berührungslinie zwischen dem Zylinderblock und der kreiszylindrischen
Anlagefläche
am Gehäuse vorhanden ist. Die Anlagefläche des Gehäuses
ist die Innenfläche eines Rings 28.
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Zweckmäßigerweise hat der Zylinderblock 25 einen ringförmigen Ansatz
27, auf dessen Außenseite die Anlagefläche 26 vorgesehen ist. Zwischen der Anlagefläche
26 des Zylinderblocks und@der Innenfläche des Rings 28 kann ein gewisser Spielraum
vorgesehen sein. .
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Ein am Gehäuse 10 befestigter Querstift 30 ragt in eine Öffnung 31
im Zylinderblock 25, deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser des Stifts
ist. Dadurch ist verhindert, daß der Zylinderblock umlaufen kann, ohne daß andererseits
die bewegliche Lagerung des nicht umlaufenden Zylinderblocks beeinträchtigt wird.
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Die in den Zylinderbohrungen 33 des Zylinderblocks, längsverschiebbaren
Kolben 34 sind mit kugeligen Kolbenköpfen 35 in Kolbenschuhen 36 gelagert. Die Kolbenschuhe
36 haben einen Flansch 40
und werden durch einen daran angreifenden Ringflansch
38 auf der angrenzenden Oberfläche der Taumelscheibe anliegend gehaltert. Die Kolbenschuhe
36 sind in bekannter Weise durch geeignet ausgebildete Aussparungen 41 und Vorsprünge
42 hydrostatisch ausgeglichen. Zu diesem Zweck kann den Aussparungen 41 Drucköl
durch in den Kolben vorgesehene Längsbohrungen zugeführt werden. Eine Feder 44 ist
zwischen die Innenwand der Deckplatte 11 des Gehäuses und eine flache Stirnfläche
an dem ringförmigen Ansatz 27 des Zylinderblocks 25 eingespannt. Auf der Steuerfläche
der Steuerscheibe 17 vorgesehene Aussparungen ergeben Dämpfungseffekte auf den mit
seiner Steuerfläche daran angedrückten Zylinderblock 25, wodurch zur Stabilisierung
der Lage der Steuerfläche des Zylinderblocks 25 auf der Steuerfläche der Steuerscheibe
17 beigetragen wird.
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Beim Betrieb der Maschine als Motor wird Hochdrucköl durch den Einlaß
55 eingeleitet und gelangt durch die Bohrungen in einem Paßstück 51, dem
Ansatz 18 und in der Steuerscheibe 17 je nach der relatiyen Lage der Steuerflächen
der Steuerscheibe 17 und des Zylinderblocks 25 durch einen Einlaßkanal 46 in die
betreffende Zylinderbohrung 33. Dadurch wird über die Kolben 34 und die Taumelscheibe
22 ein Drehmoment auf die Abtriebswelle 16 übertragen.
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Durch die hydraulische Reaktionskraft wird nicht nur ein dieser Kraft
und dem Neigungswinkel der Taumelscheibe proportionales Drehmoment auf die Antriebswelle
übertragen, sondern auch eine dazu proportionale Querkraft erzeugt, die von den
Wälzlagern 13, 14 aufgenommen wird. Diese Querkomponente übt auf jeden Kolben 34
ein Biegemoment aus, durch das der Zylinderblock 25 ein Quermoment erfährt. Da jedoch
gleichzeitig durch andere Kolben entgegengesetzt gleiche Quermomente auf den Zylinderblock
ausgeübt werden, erfolgt eine Kompensation der auf den Zylinderblock -ausgeübten
Quermomente, so daß der Zylinderblock sich zu der Steuerscheibe ausrichten kann,
damit die beiden Steuerflächen gut abdichtend aneinander anliegen.
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Da die Steuerfläche des Zylinderblocks stets gut abdichtend an der
Steuerfläche der Steuerscheibe anliegt, arbeitet die Maschine mit minimalen Leckverlusten.
Die Feder 44 dient in der Hauptsache dazu, den Zylinderblock 25 bei Inbetriebnahme
der Maschine an- die Steuerscheibe anzudrücken. Da der Zylinderblock 25 hydrostatisch
ausgeglichen ist, kann der Andruck an die Steuerscheibe sehr niedrig gehalten werden.
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Auch die Ausgleichshülse 51 ermöglicht eine bewegliche Lagerung des'
-an der Steuerscheibe und damit an der Triebwelle befestigten axialen Ansatzes 18.
Der O-Ring 52 daran dient zur Abdichtung, während ein Stift 53 eine Drehung der
Ausgleichshülse 51 verhindert. Auch der Stift 53 hat einen kleineren Durchmesser
als die Öffnung, in die er hineinragt, um ein gewisses Spiel zuzulassen. Die Ausgleichshülse
51 ist ferner so ausgebildet, daß sie durch hydrostatische Kräfte leicht gegen die
Stirnfläche des Ansatzes 18 gedrückt wird.
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Die Steuerscheibe 17 kann so ausgebildet sein, daß sie nicht die gesamte
Steuerfläche des Zylinderblocks abdeckt, so daß das Niederdrucköl aus den nicht
abgedeckten Zylinderbohrungen#35 direkt in den Innenraum des Gehäuses austreten
und über den Auslaß 57 abgeleitet werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil,
daß keine besonderen Kanäle für das Niederdrucköl in der Maschine erforderlich sind.
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Die Wälzlager 13 und 14 nehmen die radialen Komponenten der hydraulischen
Reaktionskraft auf, die dem Drehmoment des Motors entsprechen. Das Lager 13 nimmt
ferner die zusätzliche geringe Komponente der hydraulischen Reaktionskraft auf;
die durch die Dichtfläche zwischen der Ausgleichshülse 51 und dem Ansatz 18 erzeugt
wird.