DE19539370B4

DE19539370B4 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise

Info

Publication number: DE19539370B4
Application number: DE1995139370
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl.-Ing. Forster (Fh)
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1995-10-23
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2015-10-24
Also published as: DE19539370A1

Abstract

Hydrostatische 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 Mittelachse 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, in dem zwei Stützkörper beiderseits der Hubscheibe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubscheibe (3) im Bereich der Stützkörper (8, 9) auf beiden Seiten mit jeweils einer Steuerfläche (3a, 3b) versehen ist, in der Steuerkanäle (10) münden, die an in der Maschinenwelle (2) angeordnete Versorgungskanäle (11, 12) angeschlossen und zum periodischen Verbinden der Zylinderbohrungen (4, 5) mit den Versorgungskanälen (11, 12) vorgesehen...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische 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 Mittelachse 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, in dem zwei Stützkörper beiderseits der Hubscheibe angeordnet sind.

Eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine ist in der DE 415 432 C beschrieben. Bei dieser Axialkolbenmaschine steuert für jede Gruppe der Zylinderbohrungen jeweils ein auf der Maschinenwelle gelagerter Steuerzapfen den Zufluß und Abfluß des Druckmittels zu den Zylinderbohrungen. Hierbei ist eine „radiale" Steuerfläche am Umfang des Steuerzapfens bzw. an einer den Steuerzapfen radial umgebenden gehäusefesten Fläche angeordnet. Bei einer solchen Anordnung ist es fertigungstechnisch schwierig, ein genau bemessenes Spiel zwischen dem Steuerzapfen und der damit zusammenwirkenden Gegenfläche einzuhalten, um die Leckverluste klein zu halten. Es sind daher zusätzliche Dichtungsmaßnahmen erforderlich, z.B. Kolbenringe.

Aus der DE 525 625 C ist ein Axialkolbenmotor in Taumelscheibenbauweise mit zwei Gruppen von Kolben bekannt, wobei jede Kolbengruppe auf einer der beiden Seiten der Hubscheibe abgestützt ist. Zur Steuerung des Axialkolbenmotors sind zulaufseitig radiale Steuerflächen am Umfang der Triebwelle vorgesehen. Ablaufseitig befindet sich auf jeder Seite der Hubscheibe jeweils eine Steuernut, durch die das ablaufende Drucköl in das Maschinengehäuse fließt. Bei diesem Axialkolbenmotor ergeben sich daher im zulaufseitigen Steuerbereich die bereits beschriebenen Probleme.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Taumelscheibenbauweise der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei kompakter und fertigungstechnisch einfacher Bauweise hinsichtlich der Steuerung des Druckmittelzu- und Druckmittelabflusses zu und aus den Zylinderbohrungen verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Hubscheibe im Bereich der Stützkörper auf beiden Seiten mit jeweils einer Steuerfläche versehen ist, in der Steuerkanäle münden, die an in der Maschinenwelle angeordnete Versorgungskanäle angeschlossen und zum periodischen Verbinden der Zylinderbohrungen mit den Versorgungskanälen vorgesehen sind, wobei in den Kolbenabschnitten und in den Stützkörpern Verbindungskanäle zu den Zylinderbohrungen angeordnet sind und wobei jeweils zwischen den Stützkörpern und der damit zusammenwirkenden Steuerfläche eine Ringscheibe angeordnet ist, die gegen Rotation relativ zu den Kolben und/oder den Stützkörpern fixiert und mit Bohrungen versehen ist, die zu den Verbindungskanälen in den Stützkörpern korrespondieren.

Durch diese Anordnung wird mit minimalem Aufwand eine funktionssichere Steuerung geschaffen, die konstruktiv einfach aufgebaut ist. Man erhält zudem eine Steuerfläche, die fertigungstechnisch erheblich leichter beherrschbar ist als die an Steuerzapfen angebrachten „radialen" Steuerflächen. Ferner liegt die Steuerfläche nicht direkt an den Stützkörpern an, wodurch die Andruckkräfte besser verteilt, ein gesicherter störungsfreier Lauf der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine erreicht und die Verschleißfestigkeit der Steuerung erhöht wird.

Zweckmäßigerweise ist im Brückenabschnitt mindestens eines Kolbens eine Verdrehsicherung für die Ringscheiben angeordnet.

Eine konstruktiv und fertigungstechnisch besonders günstige Verdrehsicherung ergibt sich dadurch, dass die Ringscheiben mit Radialfortsätzen versehen sind, die in Nuten eintauchen, die in den Brückenabschnitten der Kolben angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise weist die Maschinenwelle eine zur Mittelachse senkrechte Mündungsfläche auf, in der die Versorgungskanäle enden und der eine gehäusefeste Anschlußfläche mit darin endenden Anschlußkanälen gegenüberliegt. Diese Anordnung ermöglicht auf einfache Weise den Zu- und Abfluß des Druckmittels vom Maschinengehäuse zur Maschinenwelle.

Ferner ist es günstig, wenn in der Mündungsfläche der Maschinenwelle ein Versorgungskanal zentrisch und mindestens ein Versorgungskanal exzentrisch münden, wobei dem zentrisch mündenden Versorgungskanal die Mündung eines in der Anschlußfläche zentrisch endenden ersten Anschlußkanals gegenüberliegt und dem exzentrischen Versorgungskanal eine in der Anschlußfläche angeordnete Ringnut, die mit einem zweiten Anschlußkanal in Verbindung steht.

Im Hinblick auf eine möglichst leckölfreie Versorgung der in der Maschinenwelle angeordneten Verbindungskanäle, die zu den Steuerflächen führen, erweist sich eine Anordnung als zweckmäßig, bei der in der Mündung des ersten Anschlußkanals eine axial bewegliche Buchse vorgesehen ist, die in Richtung zur Mündungsfläche durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist, und in der Ringnut eine axial bewegliche Ringscheibe vorgesehen ist, die in Richtung zur Mündungsfläche durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist und eine der Mündungsfläche gegenüberliegende Ringnut aufweist, an die Durchgangsbohrungen angeschlossen sind.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Stützkörper als Kugelsegmente mit zueinander koaxialen Mittelsenkrechten ausgebildet sind. Eine solche Taumelscheibenmaschine weist eine geringe Baulänge auf, wodurch die Kanäle zur Druckmittelversorgung verkürzt sind.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Kolbenabschnitte koaxial zueinander angeordnet, was fertigungstechnisch von Vorteil ist.

Sofern die Mittelpunkte der den Kugelsegmenten zugeordneten Kugeln auf der Mittelachse der beiden Kolbenabschnitte angeordnet sind, ergeben sich günstige Verhältnisse im Hinblick auf die Zerlegung der Kolbenkraft.

Besonders günstig ist auch eine Anordnung, bei der die Mittelpunkte der den Kugelsegmenten zugehörigen Kugeln auf der Mittelebene der zwischen den Stützkörpern befindlichen Hubscheibe angeordnet sind.

Weitere Vorteile, z.B. im Hinblick auf einen hohen Gleichteilegehalt, ergeben sich dadurch, dass die Stützkörper als Kugelsegmente einer gemeinsamen umhüllenden Kugel ausgebildet sind. Darüber hinaus wird dadurch der Platzbedarf in axialer Richtung minimiert und damit die Dicke der Hubscheibe verringert, was die Planschverluste herabsetzt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die beiden Kolbenabschnitte denselben Durchmesser aufweisen. In Verbindung mit der koaxialen Anordnung der beiden Kolbenabschnitte eines Kolbens ergibt sich dann bei Beaufschlagung zweier Kolben, die in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und entgegengesetzt mit Druckmittel beaufschlagt werden, ein Kräfteausgleich in axialer Richtung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Diese zeigt einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße 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 Mittelachse 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 der Kugel liegt bevorzugt auf der Mittelebene der zwischen den Stützkörpern 8, 9 befindlichen Hubscheibe 3. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Mittelpunkt der umhüllenden Kugel auf der Mittelachse des Kolbens 6 angeordnet.
Erfindungsgemäß ist die Hubscheibe 3 im Bereich der Stützkörper 8, 9 auf beiden Seiten mit jeweils einer Steuerfläche 3a, 3b versehen. In der Steuerfläche 3a bzw. 3b münden Steuerkanäle 10, die an in der Maschinenwelle angeordnete Versorgungskanäle 11, 12 angeschlossen und zum periodischen Verbinden der Zylinderbohrungen 4, 5 mit den Versorgungskanälen 11, 12 vorgesehen sind. Zu diesem Zweck sind in den Kolbenabschnitten 6a, 6b und in den Stützkörpern 8, 9 Verbindungskanäle 13, 14 angeordnet.
Die Mündungen der Steuerkanäle 10 sind in bekannter Weise nierenförmig ausgebildet. Diese "Steuernieren" sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel direkt in die Hubscheibe 3 eingearbeitet.
Zwischen den Steuerflächen 3a, 3b und den Stützkörpern 8, 9 ist zur besseren Kräfteverteilung und Erhöhung der Verschleißfestigkeit jeweils eine Ringscheibe 15 angeordnet, die mit Bohrungen 16 versehen ist, die zu den Verbindungskanälen 14 der Stützkörper 8, 9 koaxial sind.
Zur Fixierung der Ringscheibe 15 gegenüber den Kolben 6 bzw. den Stützkörpern 8, 9 ist im Brückenabschnitt 7 mindestens eines Kolbens 6 eine Verdrehsicherung für die Ringscheiben 15 angeordnet. Die Ringscheiben 15 sind hierzu im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit Radialfortsätzen 15a versehen, die in Nuten 7a eintauchen, die in den Brückenabschnitten 7 der Kolben 6 angeordnet sind.
Die Maschinenwelle 2 weist eine zur Mittelachse D senkrechte Mündungsfläche 17 auf, in der die Versorgungskanäle 11, 12 enden. Der Mündungsfläche 17 liegt eine gehäusefeste Anschlußfläche 18 mit darin endenden Anschlußkanälen 19, 20 gegenüber. In der Mündungsfläche 17 mündet der eine Versorgungskanal 11 zentrisch und mindest ein Versorgungskanal 12 exzentrisch. Dem zentrischen Versorgungskanal 11 liegt in der Anschlußfläche 18 die Mündung des Anschlußkanals 19 zentrisch gegenüber. Dem exzentrischen Versorgungskanal 12 liegt eine in der Anschlußfläche 18 angeordnete Ringnut 21 gegenüber, die mit dem Anschlußkanal 20 in Verbindung steht.
Um trotz der fertigungstechnisch bedingten Toleranzen die Leckverluste gering zu halten, ist in der zentrischen Mündung des Anschlußkanals 20 eine axial bewegliche Buchse 22 angeordnet, die in Richtung zur Mündungsfläche 17 durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist. Analog dazu ist in der Ringnut 21 eine axial bewegliche Ringscheibe 23 angeordnet, die in Richtung zur Mündungsfläche 17 ebenfalls durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist. Die Ringscheibe 23 weist zur Mündungsfläche 17 hin eine Ringnut 24 auf, an die Durchgangsbohrungen 25 angeschlossen sind.
Die Buchse 22 und die Ringscheibe 23 liegen daher stets an der Mündungsfläche 17 an und erzielen somit eine Dichtwirkung mit Selbstnachstellung.

Claims

Hydrostatische 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 Mittelachse 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, in dem zwei Stützkörper beiderseits der Hubscheibe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubscheibe (3) im Bereich der Stützkörper (8, 9) auf beiden Seiten mit jeweils einer Steuerfläche (3a, 3b) versehen ist, in der Steuerkanäle (10) münden, die an in der Maschinenwelle (2) angeordnete Versorgungskanäle (11, 12) angeschlossen und zum periodischen Verbinden der Zylinderbohrungen (4, 5) mit den Versorgungskanälen (11, 12) vorgesehen sind, wobei in den Kolbenabschnitten (6a, 6b) und in den Stützkörpern (8, 9) Verbindungskanäle (14) zu den Zylinderbohrungen (4, 5) angeordnet sind und wobei jeweils zwischen den Stützkörpern (8, 9) und der damit zusammenwirkenden Steuerfläche (3a, 3b) eine Ringscheibe (15) angeordnet ist, die gegen Rotation relativ zu den Kolben (6) und/oder den Stützkörpern (8, 9) fixiert und mit Bohrungen (16) versehen ist, die zu den Verbindungskanälen (14) in den Stützkörpern (8, 9) korrespondieren.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Brückenabschnitt (7) mindestens eines Kolbens (6) eine Verdrehsicherung für die Ringscheiben (15) angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheiben (15) mit Radialfortsätzen (15a) versehen sind, die in Nuten (7a) eintauchen, die in den Brückenabschnitten (7) der Kolben (6) angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenwelle (2) eine zur Mittelachse senkrechte Mündungsfläche (17) aufweist, in der die Versorgungskanäle (11, 12) enden und der eine gehäusefeste Anschlußfläche (18) mit darin endenden Anschlußkanälen (19, 20) gegenüberliegt.
Hyrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mündungsfläche (17) der Maschinenwelle (2) ein Versorgungskanal (11) zentrisch und mindestens ein Versorgungskanal (12) exzentrisch münden, wobei dem zentrisch mündenden Versorgungskanal (11) die Mündung eines in der Anschlußfläche (18) zentrisch endenden ersten Anschlußkanals (19) gegenüberliegt und dem exzentrischen Versorgungskanal (12) eine in der Anschlußfläche (18) angeordnete Ringnut (21), die mit einem zweiten Anschlußkanal (20) in Verbindung steht.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mündung des ersten Anschlußkanals (19) eine axial bewegliche Buchse (22) vorgesehen ist, die in Richtung zur Mündungsfläche (17) durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist, und in der Ringnut (21) eine axial bewegliche Ringscheibe (23) vorgesehen ist, die in Richtung zur Mündungsfläche (17) durch Federkraft und/oder den Druck des Druckmittels beaufschlagbar ist und eine der Mündungsfläche (17) gegenüberliegende Ringnut (24) aufweist, an die Durchgangsbohrungen (25) angeschlossen sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkörper (8, 9) als Kugelsegmente mit zueinander koaxialen Mittelsenkrechten ausgebildet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenabschnitte (6a, 6b) koaxial zueinander angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der den Kugelsegmenten zugeordneten Kugeln auf der Mittelachse der beiden Kolbenabschnitte (6a, 6b) angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelpunkte der den Kugelsegmenten zugehörigen Kugeln auf der Mittelebene der zwischen den Stützkörpern (8, 9) befindlichen Hubscheibe (3) angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützkörper (8, 9) als Kugelsegmente einer gemeinsamen umhüllenden Kugel ausgebildet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kolbenabschnitte (6a, 6b) denselben Durchmesser aufweisen.