DE19620654A1 - Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauwei­ se mit einer um eine Drehachse in einem Gehäuse rotierenden Zylindertrommel, in der mehrere Kolben längsbeweglich angeordnet sind, die mit einer Kolbenführungsfläche einer rotationsfest im Gehäuse angeordneten Schwenkplatte in Wirkverbindung ste­ hen, wobei der Schwenkwinkel der Schwenkplatte mit Hilfe einer Stelleinrichtung ge­ genüber der Drehachse der Maschine veränderbar ist und wobei die Schwenkplatte mit einer der Kolbenführungsfläche gegenüberliegenden Stützseite an einer im Ge­ häuse angeordneten Stützfläche abgestützt ist und die Schwenkplatte beim Ver­ schwenken eine Rollbewegung auf den von der Stützseite und der Stützfläche ge­ bildeten Konturen relativ zur Stützfläche ausführt.

Eine derartige Axialkolbenmaschine ist aus der DE-OS 37 33 083 bekannt. Bei dieser Axialkolbenmaschine tritt bei einem Verschwenken der Schwenkplatte die geringst­ mögliche Reibung, nämlich die Wälzreibung, auf. Dies hat den Vorteil, daß zur Lage­ rung der Schwenkplatte keine zusätzlichen, das Bauvolumen vergrößernden Bauele­ mente, z. B. Wälzlager, oder eine aufwendige hydrostatische Entlastung erforderlich sind, wie dies bei bekannten Axialkolbenmaschinen mit einer zylindrischen oder kugel­ förmigen Gleitbahn an der Stützseite der Schwenkplatte erforderlich ist. Diese Axial­ kolbenmaschine kann somit in der Axialerstreckung mit sehr kompakten Abmessungen hergestellt werden. Zudem können durch eine flache Gestaltung der Schwenkplatte die zum schnellen Verstellen der Schwenkplatte zu überwindenden Massenkräfte reduziert werden.

Zur Festlegung der Lage der Schwenkplatte und somit zur Führung der Bewegung der Schwenkplatte sind bei dieser Axialkolbenmaschine Verzahnungen auf einer Stützseite der Schwenkplatte und einer Stützfläche im Gehäuse der Maschine vorgesehen, die miteinander in Eingriff stehen und ein Verschieben der Schwenkplatte relativ zur Stütz­ fläche verhindern. Es wird somit eine exakt definierte Abwälzbewegung der Schwenk­ platte erreicht und eine Gleitbewegung zwischen der Stützseite der Schwenkplatte und der Stützfläche im Gehäuse verhindert. Die Verzahnungen sollen somit ein Gleiten der Schwenkplatte relativ zum Gehäuse ausschließen und eine abwälzende Bewegung si­ cherstellen, um den bei einer Gleitbewegung auftretenden Verschleiß zu vermeiden. Die Herstellung dieser Verzahnungen erweist sich jedoch als sehr aufwendig. Zudem tritt beim Abrollen der Schwenkplatte an der Stützfläche des Gehäuse in den Verzah­ nungen ein Gleitanteil auf, der zu Verschleiß an diesen führt und somit die Wälzbewe­ gung der Schwenkplatte beeinträchtigt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine Rollbewegung der Schwenkplatte ohne ein zusätzliches Bauelement zur Führung der Bewegung der Schwenkplatte ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stelleinrichtung zur Führung der von den Konturen erzeugten Rollbewegung mit der Schwenkplatte in Wirkverbindung steht. Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, die zum Verschwenken der Schwenkplatte bereits vorhandene Stelleinrichtung zudem zur Führung der Rollbewegung der Schwenkplatte vorzusehen. Es kann somit auf ein zu­ sätzliches Bauelement verzichtet werden. Eine derartige Axialkolbenmaschine wird somit in der Herstellung vereinfacht. Zudem weist die erfindungsgemäße Axialkolben­ maschine den für eine hydrostatische Entlastung oder den für eine Führung der Schwenkplatte mittels eines zusätzlichen Bauelements benötigten Bauraum nicht auf, wodurch diese bezüglich der Radial- und Axialerstreckung sehr kompakt gebaut wer­ den kann. Gleichzeitig wird ein Verschwenken der Schwenkplatte an der Stützfläche des Gehäuse ohne Gleitbewegungen in der Lagerung der Schwenkplatte ermöglicht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Stelleinrichtung als mindestens ein hydraulisch betätigbarer Stellkolben ausgebildet ist, der mit der Stützseite der Schwenkplatte in Verbindung steht.

Mit besonderem Vorteil ist der Stellkolben in einer Zylinderbohrung, deren Längsachse gegenüber der Drehachse der Maschine geneigt ist, im Gehäuse der Maschine ange­ ordnet.

Die Längsachse der Zylinderbohrung ist hierbei um einen Winkel gegenüber der Dreh­ achse der Maschine geneigt, der dem Abrollverhalten der Schwenkplatte an der Stütz­ fläche des Gehäuses möglichst entspricht. Beim Betätigen des Stellkolbens führt somit die Stützseite der Schwenkplatte eine abrollende Bewegung relativ zur Stützfläche des Gehäuse aus. Der Stellkolben ist dabei in der Zylinderbohrung des Gehäuses gelagert.

Zweckmäßigerweise ist der Stellkolben derart ausgebildet, daß er an dem der Schwenkplatte zugewandten Ende kugelförmig ausgebildet und in einer entsprechend ausgebildeten Ausnehmung der Schwenkplatte aufgenommen ist. Der Stellkolben kann somit die zur Führung der Schwenkplatte aufzubringenden Kräfte in die Schwenkplatte einleiten.

Beim Betätigen des Stellkolbens ergibt sich durch die im Gehäuse feststehende Zylin­ derbohrung eine translatorische Bewegung des Stellkolbens und somit eine geradlinige Führung der Schwenkplatte durch den Stellkolben. Dies hat zur Folge, daß beim Abrol­ len der Schwenkplatte aufgrund des feststehenden Winkels der Längsachse der Zylin­ derbohrung gegenüber der Drehachse der Maschine eine geringfügige Bewegungs­ komponente in der Schwenkachse der Schwenkplatte auftritt, die eine Gleitbewegung der Schwenkplatte relativ zur Stützfläche des Gehäuses bewirkt. Die Ursache dieser Gleitbewegung ist hierin zu finden, daß beim Abrollen der Stützseite der Schwenk­ platte an der Stützfläche des Gehäuses die Schwenkachse der Schwenkplatte nicht ortsfest ist, sondern sich auf einer Kurvenbahn bewegt, die von der Geometrie der Konturen bestimmt wird. Die geradlinige Führung der Schwenkplatte durch den Stell­ kolben und die kraftschlüssige Verbindung des Stellkolbens mit der Schwenkplatte er­ möglicht jedoch diese Bewegung der Schwenkachse nicht vollständig, wodurch der erwähnte Gleitanteil in der abrollenden Bewegung der Schwenkplatte entsteht.

Um diesen Gleitanteil zu vermeiden, ist in einer wesentlichen Ausführungsform der Er­ findung vorgesehen, daß zwischen der Stützseite der Schwenkplatte und der gehäu­ seseitigen Stützfläche mindestens ein Wälzkörper angeordnet ist. Die Schwenkachse der Schwenkplatte befindet sich somit auf dem Wälzkörper, der seinerseits eine abrol­ lende Bewegung auf der Stützfläche des Gehäuses ausführen kann. Der bei der Be­ wegung der Schwenkplatte verbleibende Gleitanteil wird somit durch eine geringe Rollbewegung des Wälzkörpers an der Stützfläche ausgeglichen. Beim Verschwenken der Schwenkplatte tritt hierdurch ausschließlich eine Rollbewegung auf, bei der aus­ schließlich die Wälzreibung zu überwinden ist.

Von besonderem Vorteil ist es hierbei, wenn die Stützfläche und die Stützseite jeweils mindestens eine konkave Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung an der Stützflä­ che des Gehäuses, mit der der Wälzkörper in Wirkverbindung steht, kann z. B. teilzy­ lindrisch ausgebildet und senkrecht zur Drehachse der Maschine angeordnet sein. Diese konkave Ausnehmung an der Stützfläche ist dabei so ausgeführt, daß die von der Schwenkplatte auf den Wälzkörper radial eingeleiteten Kräfte unter möglichst glei­ chem Winkel ein- und austreten. Es wird somit sichergestellt, daß der Wälzkörper in der Ausnehmung ohne eine gleitende Bewegung abrollt. Zudem verhindert diese Form der Ausnehmung ein Verschieben oder Schrägstellen des Wälzkörpers, wie dies bei einer ebenen Form der Stützfläche des Gehäuses auftreten kann.

Die Ausnehmung an der Stützseite der Schwenkplatte ist ebenfalls konkav ausgebil­ det. Durch diese Ausgestaltung ist der Wälzkörper derartig zwischen den beiden kon­ kaven Ausnehmungen angeordnet, daß eine kurze axiale Erstreckung der Maschine erreicht wird. Zudem ergeben sich durch diese Ausgestaltung der Stützfläche und der Stützseite einfache geometrische Verhältnisse, die beim Verschwenken der Schwenk­ platte eine Rollbewegung erzeugen.

Besonders zweckmäßig ist es, daß die Stützseite der Schwenkplatte bei minimaler und maximaler Auslenkung an der Gehäuseinnenwand anliegt. Somit wird eine einfache Begrenzung der Auslenkung der Schwenkplatte erzielt.

Von Vorteil ist es weiterhin, wenn die Kolbenführungsfläche der Schwenkplatte bei mi­ nimaler Auslenkung gegenüber einer senkrecht zur Drehachse stehenden Ebene ge­ neigt ist. Die minimale Auslenkung der Schwenkplatte ist dabei so gewählt, daß die Kolbenführungsfläche nicht senkrecht zur Drehachse der Maschine steht, sondern gegenüber dieser geneigt ist. Die Maschine beginnt somit bei einem kleinen Schwenk­ winkel der Schwenkplatte zu arbeiten, wodurch an der Schwenkplatte ständig eine aus dem Fluiddruck an den Kolben der Zylindertrommel herrührende Kraft auftritt, die eine Verbindung des Stellkolbens mit der Schwenkplatte sicherstellt. Es wird somit erreicht, daß der Stellkolben stets gegen die Schwenkplatte wirken muß, um die Bewegung der Schwenkplatte in allen Betriebszuständen sicher führen zu können.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich, wenn eine Feder mit der Schwenkplatte in Wirkver­ bindung steht und die Federkraft in Richtung der minimalen Auslenkung der Schwenk­ platte wirkt. Dadurch wird bei drucklosem Betrieb der erfindungsgemäßen Axialkolben­ maschine die Schwenkplatte zur Sicherheit in Richtung des minimalen Schwenkwin­ kels gedrückt.

Weitere Vorteile und Einzelheiten werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine bei minimaler Auslenkung der Schwenkplatte,

Fig. 2 einen Längsschnitt bei maximaler Auslenkung der Schwenkplatte und

Fig. 3 einen Längsschnitt senkrecht zur Darstellung der Fig. 1.

Eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist eine An- bzw. Abtriebswelle 1 auf, die mittels Wälzlager 2, 3 in einem Gehäuse 4 und einem Gehäuseboden 5 gelagert ist. Mit der Welle 1 ist eine Zylindertrommel 6 mit mehreren konzentrisch zur Dreh­ achse 7 angeordneten Längsbohrungen 8 drehfest verbunden, in denen jeweils ein Kolben 9 längsverschiebbar ist. Die Längsbohrungen 8 sind durch Bohrungen 10 mit einer Steuerfläche 11 und nicht mehr dargestellten Flüssigkeitszufuhr- und Flüssig­ keitsabfuhrkanälen verbunden. Die Zylindertrommel 6 wird von der Kraft einer Feder 12 und zusätzlich von einer im Betrieb auftretenden, aus dem Hochdruck des Fluids in einem Teil der Bohrungen 8 herrührenden Kraft gegen die Steuerfläche 11 gepreßt. Die aus den Längsbohrungen 8 herausragenden Enden 13 der Kolben 9 sind kugel­ förmig ausgebildet und mit entsprechend ausgestalteten Ausnehmungen in Gleitschu­ hen 14 aufgenommen. Die hydrostatisch entlasteten Gleitschuhe 14 stützen sich auf einer Kolbenführungsfläche 15 einer Schwenkplatte 16, die bezüglich einer Rotations­ bewegung der Zylinderkolben 6 und der Kolben 9 stillsteht, ab. Eine Niederhalteplatte 17, die mittels einer Niederhaltevorrichtung 18 und einer nicht dargestellten Feder in Richtung der Kolbenführungsfläche 15 beaufschlagt ist, verhindert ein Abheben der Gleitschuhe 14 von der Schwenkplatte 16 während des Betriebs der Maschine.

Der Schwenkwinkel der Schwenkplatte 16 kann bezüglich der Drehachse 7 mittels ei­ ner Stelleinrichtung beliebig eingestellt werden. Hierzu ist erfindungsgemäß ein Stell­ kolben 19 vorgesehen, der in einer Längsbohrung 20 im Gehäuse 4 verschiebbar ge­ lagert ist. An seinem aus der Bohrung 20 herausragenden Ende ist der Stellkolben 19 beispielsweise kugelförmig ausgebildet. Die Schwenkplatte 16 ist mit einer entspre­ chend ausgeformten Ausnehmung 21 an einer der Kolbenführungsfläche 15 gegen­ überliegenden Stützseite 23 zur Aufnahme des Stellkolbens 19 versehen.

Die Schwenkplatte 16 wird mittels der Kraft einer Feder 22 in Richtung der minimalen Auslenkung beaufschlagt. Bei unbelasteten Stellkolben 19 liegt die Schwenkplatte 16 mit der Stützseite 23 planparallel an einer Ausbuchtung 24 der Gehäuseinnenwand an. Bei dieser Ausgestaltung ist die Lagerstelle außerhalb der Schwenkmitte der Schwenkplatte angeordnet, so daß der Stellkolben ständig gegen die Schwenkplatte wirken muß und somit die Schwenkplatte in allen Betriebszuständen sicher führen kann.

Die Stützseite 23 der Schwenkplatte ist beidseitig der Drehachse 7 mit jeweils einer teilzylindrischen Ausnehmung 25 versehen, die mittels eines Wälzkörpers 26 mit einer teilzylindrischen Ausnehmung 27 an der Stützfläche 32 des Gehäuse 4 in Verbindung steht. Die Stützseite 23 der Schwenkplatte lagert somit auf der Stützfläche 32, wobei zwischen diesen ein zusätzlicher Wälzkörper 26 angeordnet ist.

Bei einer Beaufschlagung des Stellkolbens 19 mit Stelldruck, z. B. dem Hochdruck der Maschine, bewegt der Stellkolben 19 die Schwenkplatte 16 entgegen der Kraft der Fe­ der 22 und der im Betrieb an der Schwenkplatte auftretenden Kräfte in Richtung der maximalen Auslenkung gemäß der Darstellung in Fig. 2. Die Stützfläche 23 ist in dem Bereich, der dem Angriffspunkt des Stellkolbens 19 bezüglich der Drehachse 7 gegen­ überliegt, abgeschrägt. An der Schwenkplatte 16 und der Gehäuseinnenwand 28 ent­ steht somit ein Freiraum, der ein Verschwenken der Schwenkplatte 16 zuläßt. Bei ma­ ximaler Auslenkung liegt die Schwenkplatte 16 zudem mit der Abschrägung planparal­ lel an der Gehäuseinnenwand 28 an. Somit wird auf einfache Weise eine Begrenzung des Schwenkwinkels erreicht.

Der Stellkolbens 19 beschreibt bei einer Beaufschlagung mit Stelldruck eine geradli­ nige Bewegung entlang der Längsachse der Bohrung 20. Durch die kraftschlüssige Verbindung des Stellkolbens 19 mit der Schwenkplatte 16 wird die Bewegung der Schwenkplatte 16 von dem Stellkolben 19 geführt. Hierbei vollführt die Schwenkplatte 16 mit Hilfe der Stützseite 23 und der daran angeordneten Ausnehmung 25 eine ab­ wälzende Bewegung auf dem Wälzkörper 26. Gleichzeitig rollt der Wälzkörper 26 auf der Ausnehmung 27 der Stützfläche 32 des Gehäuses 4 ab. Mit dieser Bewegung des Wälzkörpers 26 in der Ausnehmung 27 wird der Gleitanteil in der Bewegung der Schwenkplatte 16 aufgrund der geradlinigen Führung der Schwenkplatte 16 durch den Verstellkolben 19 vermieden. Es wird somit eine rein abwälzende Bewegung der Schwenkplatte 16 beim Verschwenken erzeugt. Somit muß zwischen der Stützseite der Schwenkplatte und der Stützfläche des Gehäuses beim Verschwenken der Schwenkplatte nur die Wälzreibung überwunden werden.

Aus Fig. 3 ist die Lage der Wälzkörper 26 ersichtlich, die beidseitig der Drehachse 7 der Maschine senkrecht zu dieser angeordnet sind. Die Wälzkörper 26 weisen eine zy­ lindrische Form auf, können aber auch kugel- oder tonnenförmig ausgebildet sein. Die Ausnehmungen 27 im Gehäuse sind als halbzylindrische Bohrungen ausgeführt, die ohne großen Herstellungsaufwand direkt als Querbohrung im Gehäuse der Maschine ausgeführt werden können. Die Austrittsöffnungen der Querbohrung am Gehäuse sind in diesem Fall beispielsweise mit Verschlußschrauben 28 versehen, die gleichzeitig zur Führung der Wälzkörper 26 in Axialrichtung dienen. Die Schwenkplatte 16 weist eine Durchtrittsöffnung 29 für die Welle 1 auf. Die axiale Festlegung der Wälzkörper 26 er­ folgt zudem mittels eines Anschlages 30. Dieser Anschlag kann am Gehäuse oder wie hier ausgeführt an der Schwenkplatte 16 angeformt sein.

Das während des Betriebs der Maschine auf die Schwenkplatte einwirkende Drehmo­ ment wird einerseits von der kugelförmigen Aufnahme des Stellkolbens 19 aufgenom­ men und andererseits durch seitliche Anlageflächen 31 der Schwenkplatte mit dem Gehäuse 4 in dieses eingeleitet.

Claims (9)

1. Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer um eine Drehachse in einem Gehäuse rotierenden Zylindertrommel, in der mehrere Kolben längsbeweglich angeordnet sind, die mit einer Kolbenführungsfläche einer rotati­ onsfest im Gehäuse angeordneten Schwenkplatte in Wirkverbindung stehen, wo­ bei der Schwenkwinkel der Schwenkplatte mit Hilfe einer Stelleinrichtung gegenü­ ber der Drehachse der Maschine veränderbar ist und wobei die Schwenkplatte mit einer der Kolbenführungsfläche gegenüberliegenden Stützseite an einer im Ge­ häuse angeordneten Stützfläche abgestützt ist und die Schwenkplatte beim Ver­ schwenken eine Rollbewegung auf den von der Stützseite und der Stützfläche gebildeten Konturen relativ zur Stützfläche ausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (19) zur Führung der von den Konturen erzeugten Abroll­ bewegung mit der Schwenkplatte (16) in Wirkverbindung steht.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellein­ richtung als mindestens ein hydraulisch betätigbarer Stellkolben (19) ausgebildet ist und mit der Stützseite (23) der Schwenkplatte (16) in Verbindung steht.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stell­ kolben (19) in einer Zylinderbohrung (20), deren Längsachse (32) gegenüber der Drehachse (7) der Maschine geneigt ist, im Gehäuse (4) der Maschine angeordnet ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stell­ kolben (19) an dem der Schwenkplatte (16) zugewandten Ende kugelförmig aus­ gebildet und in einer entsprechend ausgebildeten Ausnehmung (21) der Schwenk­ platte (16) aufgenommen ist.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen der Stützseite (23) der Schwenkplatte (16) und der gehäusesseitigen Stütz­ fläche (27) mindestens ein Wälzkörper (25) angeordnet ist.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stütz­ seite (23) und die Stützfläche (32) jeweils mindestens eine konkave Ausnehmung (25, 27) aufweisen.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützseite (23) der Schwenkplatte (16) bei minimaler und maximaler Auslenkung der Schwenkplatte (16) an der Gehäuseinnenwand anliegt.

8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenführungsfläche (15) der Schwenkplatte (16) bei minimaler Auslen­ kung gegenüber einer senkrecht zur Drehachse (7) stehenden Ebene geneigt ist.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (22) mit der Schwenkplatte (16) in Wirkverbindung steht und die Federkraft in Richtung der minimalen Auslenkung der Schwenkplatte (16) wirkt.