DE19527645B4

DE19527645B4 - Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise

Info

Publication number: DE19527645B4
Application number: DE19527645A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Forster (Fh)
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1995-07-28
Filing date: 1995-07-28
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2015-07-29
Also published as: CZ289074B6; DE19527645A1; IT1289541B1; CZ222796A3; US5704274A; ITMI961457A0; JPH09105301A; ITMI961457A1

Abstract

Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise, mit einer ersten Gruppe von konzentrisch angeordneten Zylinderbohrungen und axial dazu beabstandet einer zweiten Gruppe von Zylinderbohrungen, zwischen denen eine schräg zur Drehachse der Axialkolbenmaschine positionierte oder positionierbare, mit einer Maschinenwelle verbundene Hubscheibe angeordnet ist, gegen die in den Zylinderbohrungen längsbeweglich geführte Kolben abgestützt sind, wobei jeder Kolben zur Verdrängung von Druckmittel oder zur Beaufschlagung mit Druckmittel an beiden Enden des Kolbens vorgesehen ist und aus zwei axial beabstandeten Kolbenabschnitten besteht, die in gegenüberliegend angeordneten Zylinderbohrungen eintauchen und durch einen Brückenabschnitt miteinander verbunden sind, der in Wirkverbindung mit der Hubscheibe steht, und wobei die Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenmittelachse gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenabschnitte (7) mit in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen (10) versehen sind, die zur Anlage an korrespondierende Führungsflächen (10) der Brückenabschnitte (7) der benachbarten Kolben (6) ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise, mit einer ersten Gruppe von konzentrisch angeordneten Zylinderbohrungen und axial dazu beabstandet einer zweiten Gruppe von Zylinderbohrungen, zwischen denen eine schräg zur Drehachse der Axialkolbenmaschine positionierte oder positionierbare, mit einer Maschinenwelle verbundene Hubscheibe angeordnet ist, gegen die in den Zylinderbohrungen längsbeweglich geführte Kolben abgestützt sind, wobei jeder Kolben zur Verdrängung von Druckmittel oder zur Beaufschlagung mit Druckmittel an beiden Enden des Kolbens vorgesehen ist und aus zwei axial beabstandeten Kolbenabschnitten besteht, die in gegenüberliegend angeordneten Zylinderbohrungen eintauchen und durch einen Brückenabschnitt miteinander verbunden sind, der in Wirkverbindung mit der Hubscheibe steht, und wobei die Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenmittelachse gesichert sind.

Eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine ist in der DE-PS 415 432 beschrieben. Zur Sicherung der Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenmittelachsen ist jeder Kolben an einer gehäusefesten Stange längsbeweglich geführt und im Maschinengehäuse gegen Verdrehung abgestützt. Zu diesem Zweck ist jeder Kolben mit zwei voneinander beabstandeten, bezogen auf die Drehachse der Axialkolbenmaschine sich radial nach außen erstreckenden Lappen versehen, zwischen denen die an beiden Seiten abgeflachte Stange angeordnet ist. Die bei der oszillierenden Bewegung der Kolben auftretende Geschwindigkeit wirkt auch auf die Verdrehsicherung ein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine vereinfachte und verbesserte Sicherung der Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenmittelachsen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brückenabschnitte mit in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen versehen sind, die zur Anlage an korrespondierende Führungsflächen der Brückenabschnitte der benachbarten Kolben ausgebildet sind.

Die Kolben stützen sich daher jeweils am benachbarten Kolben ab. Dabei ergibt sich für die auf der einen Seite der Hubscheibe angeordneten, unter Hochdruck stehenden Kolbenabschnitte eine Verdrehrichtung, die der Verdrehrichtung der auf der gegenüberliegenden Seite der Hubscheibe um 180 Grad versetzt angeordneten, ebenfalls unter Hochdruck stehenden Kolbenabschnitte entgegengesetzt ist. Die Verdrehkräfte wirken daher gegeneinander und heben sich folglich auf, so daß keine Abstützung gegenüber dem Maschinengehäuse erforderlich ist.

Zwischen den Brückenabschnitten der zueinander benachbarten Kolben ergibt sich darüber hinaus lediglich eine geringe Relativgeschwindigkeit, die durch die Bewegungsvoreilung bzw. Bewegungsnacheilung der zueinander benachbarten Kolben bedingt ist, so daß die erfindungsgemäße Verdrehsicherung eine große Verschleißfestigkeit aufweist. Hingegen wirkt in der Axialkolbenmaschine des Standes der Technik auf die Verdrehsicherung stets die volle Kolbengeschwindigkeit ein, was mit Energieverlusten einhergeht und sehr rasch Verschleiß nach sich zieht.

Fertigungstechnisch ist es günstig, wenn die in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen der Brückenabschnitte – in Axialrichtung der Axialkolbenmaschine gesehen – als Seitenbegrenzungen eines Kreissektors geformt sind.

Sofern die Führungsflächen im radial äußeren Bereich des Kreissektors wirksam sind und ein keilförmiger Freiraum, dessen lichte Weite mit abnehmendem Radius größer wird, zwischen den Brückenabschnitten gebildet ist, ergeben sich einerseits genau definierte Krafteingriffstellen, andererseits greift jeweils die der Verdrehbewegung des Kolbens um seine Mittelachse entgegengerichtet wirksame Kraft am größtmöglichen Hebelarm an.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine und
2 einen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise weist ein Maschinengehäuse 1 und eine drehbar darin gelagerte Maschinenwelle 2 auf, mit der eine Hubscheibe 3 verbunden ist. Der Neigungswinkel der Hubscheibe 3 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenüber einer zur Drehachse D der Maschinenwelle 2 senkrechten Ebene unveränderlich.
In dem Maschinengehäuse 1 ist eine erste Gruppe von konzentrischen Zylinderbohrungen 4 angeordnet und parallel dazu beabstandet eine zweite Gruppe von konzentrischen Zylinderbohrungen 5.
Die Hubscheibe 3 steht in Wirkverbindung mit mehreren Kolben 6, von denen jeder einen ersten Kolbenabschnitt 6a und einen axial dazu beabstandeten zweiten Kolbenabschnitt 6b aufweist. Die beiden Kolbenabschnitte 6a und 6b sind im Ausführungsbeispiel koaxial zueinander und weisen denselben Durchmesser auf. Ein Brückenabschnitt 7 verbindet die beiden Kolbenabschnitte 6a und 6b miteinander. Die beiden Kolbenabschnitte 6a und 6b sind in gegenüberliegenden Zylinderbohrungen 4 und 5 der ersten und der zweiten Gruppe von Zylinderbohrungen längsbeweglich.
Die Kolbenenden sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel je nach Einsatz der Maschine mit Druckmittel beaufschlagbar (Betrieb als hydraulischer Motor) oder verdrängen Druckmittel (Betrieb als Pumpe).
Im Betrieb entsteht in bekannter Weise eine eine zur Mittelachse des Kolbens 6 senkrechte und zur Hubscheibe 3 tangentiale Relativgeschwindigkeit.
In dem Brückenabschnitt 7 des Kolbens 6 sind zwei als Kugelsegmente mit zueinander koaxialen Mittelsenkrechten S1, S2 ausgebildete Stützkörper 8 und 9 angeordnet, zwischen denen sich die Hubscheibe 3 befindet und die in diesem Ausführungsbeispiel eine gemeinsame umhüllende Kugel aufweisen. Der Mittelpunkt M der Kugel liegt be vorzugt auf der Mittelebene E der zwischen den Stützkörpern 8, 9 befindlichen Hubscheibe 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittelpunkt M der umhüllenden Kugel auf der Mittelachse A des Kolbens 6 angeordnet.
Durch die beschriebene Ausbildung der Axialkolbenmaschine ist im Vergleich mit den bisher bekannten Anordnungen ein sehr großer Neigungswinkel der Hubscheibe 3 möglich, was eine beträchtliche Leistungssteigerung ermöglicht.
Um eine Rotation des Kolben 6 um seine Mittelachse A zu verhindern, ist eine Sicherung gegen Verdrehung um die Mittelachse A vorgesehen. Zu diesem Zweck sind erfindungsgemäß die Brückenabschnitte 7 mit in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen 10 versehen, die zur Anlage an korrespondierende Führungsflächen 10 der Brückenabschnitte 7 der benachbarten Kolben 6 ausgebildet sind (siehe 2).
Die Kolben stützen sich daher jeweils am benachbarten Kolben ab. Dabei ergibt sich für die auf der einen Seite der Hubscheibe angeordneten, mit Hochdruck beaufschlagten Kolbenabschnitte eine Verdrehrichtung V1, die der Verdrehrichtung V2 der auf der gegenüberliegenden Seite der Hubscheibe um 180 Grad versetzt angeordneten, ebenfalls mit Hochdruck beaufschlagten Kolbenabschnitte entgegengesetzt ist. Die Verdrehkräfte wirken daher gegeneinander und heben sich folglich auf.
Die erfindungsgemäße Verdrehsicherung hat darüber hinaus den Vorteil, daß sich zwischen den Brückenabschnitten der zueinander benachbarten Kolben lediglich eine geringe Relativgeschwindigkeit ergibt, so daß die Verdrehsicherung eine große Verschleißfestigkeit aufweist. Hingegen wirkt in der Axialkolbenmaschine des Standes der Technik auf die Verdrehsicherung stets die volle Kolbengeschwindigkeit ein, was sehr rasch zu Verschleiß führt.
Die Führungsflächen 10 der Brückenabschnitte 7 sind – in Axialrichtung der Axialkolbenmaschine gesehen – als Seitenbegrenzungen eines Kreissektors geformt. Um genau definierte Krafteingriffstellen zu erhalten, sind die Führungsflächen 10 lediglich im radial äußeren Bereich des Kreissektors wirksam. Im inneren Bereich des Kreissektors ist ein keilförmiger Freiraum 11 zwischen den Brückenabschnitten 7 gebildet, dessen lichte Weite mit abnehmendem Radius kleiner wird. Diese Anordnung bewirkt zudem, daß jeweils die der Verdrehbewegung des Kolbens 6 um seine Mittelachse A entgegengerichtet wirksame Kraft am größtmöglichen Hebelarm angreift.
Senkrecht zur Drehachse D der Maschinenwelle 2 ist eine erste gehäusefeste Mündungsfläche 12 angeordnet ist, in der an die Zylinderbohrungen 4 der ersten Gruppe angeschlossene Versorgungskanäle 13 enden. Parallel beabstandet zur ersten Mündungsfläche 12 ist eine zweite gehäusefeste Mündungsfläche 14, in der an die Zylinderbohrungen 5 der zweiten Gruppe angeschlossene Versorgungskanäle 15 enden. Zu jeder Mündungsfläche 12, 14 ist eine an der Maschinenwelle 2 angeordnete, rotierende Steuerfläche 16, 17 vorgesehen. In der Steuerfläche 16 sind Steuernieren 16a, 16b zur periodischen Versorgung der Zylinderbohrungen 4 mit Druckmittel angeordnet. Analog dazu sind in der Steuerfläche 17 Steuernieren 17a, 17b zur periodischen Versorgung der Zylinderbohrungen 5 mit Druckmittel angeordnet. Die Steuernieren 16a, 16b, 17a und 17b sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel diekt in die Maschinenwelle 2 eingearbeitet.
Zwischen der Mündungsfläche 12 und der Steuerfläche 16 ist zur besseren Kräfteverteilung und Erhöhung der Verschleißfestigkeit ein gehäusefester Verteilerring 18 angeordnet, der mit Bohrungen 18a versehen ist, die zu den Versorgungskanälen 13 koaxial sind. Analog dazu ist zwischen der Mündungsfläche 14 und der Steuerfläche 17 ein gehäusefester Verteilerring 19 angeordnet, der mit Bohrungen 19a versehen ist, die zu den Versorgungskanälen 15 koaxial sind.
Die Steuernieren 16a und 17b sind über Kreuz an einen Verbindungskanal 20 und die Steuernieren 16b und 17a über Kreuz an einen Verbindungskanal 21 angeschlossen. Die Verbindungskanäle 20, 21 münden gegenüberliegend einer gehäusefesten, senkrecht zur Drehachse D der Maschinenwelle 2 angeordneten Anschlußfläche 22. In der Anschlußfläche 22 sind ein erster Anschlußkanal 23 und radial dazu beabstandet ein zweiter Anschlußkanal 24 jeweils einem der Verbindungskanäle 20, 21 gegenüberliegend angeordnet.
Um trotz der fertigungstechnisch bedingten Toleranzen die Leckverluste gering zu halten und darüber hinaus eine Selbstnachstellung der Steuerung zu bewirken, die eine verschleißbedingte Erhöhung der Leckverluste verhindert, ist in den Mündungen der Versorgungskanäle 13 und 15 jeweils eine axial bewegliche, napfförmige Buchse 25 vorgesehen, die in Richtung zur Steuerfläche durch Federkraft und dem Druck des Druckmittels beaufschlagt ist. Die Buchse 25 liegt daher stets am Verteielrring 18 bzw. 19 an und erzielt somit eine Dichtwirkung mit Selbstnachstellung.
Darüber hinaus ist in der Mündung des zentrisch angeordneten, zweiten Anschlußkanals 24 in der Anschlußfläche 22 eine axial bewegliche Buchse 26 angeordnet, die in Richtung zur Maschinenwelle 2 durch Federkraft und den Druck des Druckmittels beaufschlagt ist. Da der erste Anschlußkanal 23 sowie der Verbindungskanal 21 exzentrisch angeordnet sind, ist der erste Anschlußkanal 23 im Mündungsbereich in der Anschlußfläche 22 mit einer Ringnut 27 versehen. Zur Abdichtung ist in der Ringnut 27 eine Ringbuchse 28 angeordnet, die in Richung zur Maschinenwelle 2 durch Federkraft und den Druck des Druckmittels beaufschlagt ist.

Claims

Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise, mit einer ersten Gruppe von konzentrisch angeordneten Zylinderbohrungen und axial dazu beabstandet einer zweiten Gruppe von Zylinderbohrungen, zwischen denen eine schräg zur Drehachse der Axialkolbenmaschine positionierte oder positionierbare, mit einer Maschinenwelle verbundene Hubscheibe angeordnet ist, gegen die in den Zylinderbohrungen längsbeweglich geführte Kolben abgestützt sind, wobei jeder Kolben zur Verdrängung von Druckmittel oder zur Beaufschlagung mit Druckmittel an beiden Enden des Kolbens vorgesehen ist und aus zwei axial beabstandeten Kolbenabschnitten besteht, die in gegenüberliegend angeordneten Zylinderbohrungen eintauchen und durch einen Brückenabschnitt miteinander verbunden sind, der in Wirkverbindung mit der Hubscheibe steht, und wobei die Kolben gegen Verdrehung um die Kolbenmittelachse gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenabschnitte (7) mit in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen (10) versehen sind, die zur Anlage an korrespondierende Führungsflächen (10) der Brückenabschnitte (7) der benachbarten Kolben (6) ausgebildet sind.
Axialkolbenmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Umfangsrichtung wirksamen Führungsflächen (10) der Brückenabschnitte (7) – in Axialrichtung der Axialkolbenmaschine gesehen – als Seitenbegrenzungen eines Kreissektors geformt sind.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen (10) im radial äußeren Bereich des Kreissektors wirksam sind und mit abnehmendem Radius ein keilförmiger Freiraum (11) zwischen den Brückenabschnitten (7) gebildet ist.