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Die
Erfindung betrifft einen Axialkolbenmotor.
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Aus
der
DE 33 07 047 A1 ist
ein Axialkolbenmotor in Schrägscheibenbauweise
bekannt. Innerhalb der rotierenden Zylindertrommel dieses Axialkolbenmotors
ist ein Differentialgetriebe angeordnet.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es, einen Axialkolbenmotor mit integriertem
Differentialgetriebe zur Verfügung
zu stellen, dessen Leistungsvermögen
bei kompakter Bauweise und geringem Fertigungsaufwand erhöht ist.
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Diese
Aufgabe löst
erfindungsgemäß ein Axialkolbenmotor
mit einer gehäusefesten
ersten Gruppe von konzentrisch angeordneten Zylinderbohrungen und
einer axial dazu beabstandeten, gehäusefesten zweiten Gruppe von
Zylinderbohrungen, zwischen denen eine schräg zur Mittelachse des Axialkolbenmotors
positionierte, um die Mittelachse drehbare Hubscheibe angeordnet
ist, gegen die in den Zylinderbohrungen längsbeweglich geführte Kolben
abgestützt
sind, die jeweils aus zwei axial beabstandeten Kolbenabschnitten
bestehen, die in gegenüberliegend
angeordneten Zylinderbohrungen eintauchen und durch einen Brückenabschnitt
miteinander verbunden sind, wobei ein Differentialgetriebe innerhalb
der mit dem Differentialkorb verbundenen Hubscheibe angeordnet ist.
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Der
erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, den Axialkolbenmotor
als Doppeltriebwerk in Taumelscheibenbauweise auszubilden und das
Differentialgetriebe innerhalb der Taumelscheibe anzuordnen.
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Durch
die Verdoppelung der wirksamen Kolbenanzahl wird dabei das Schluckvolumen
und damit das Leistungsvermögen
des Axialkolbenmotors entsprechend erhöht. Es ensteht somit ein großvolumiges
Triebwerk, das im Gegensatz zu den bekannten schnelläufigen Axialkolbenmotoren
in Schrägscheibenbauweise
ohne ein nachgeschaltetes Untersetzungsgetriebe für einen
langsamlaufenden Antrieb eingesetzt werden kann. Durch die gegenüber Schrägscheibentriebwerken
erheblich herabgesetzte Drehzahl sind die Verluste des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors
deutlich geringer, was wiederum dem Leistungsvermögen zugute
kommt. Darüber
hinaus ist das Geräuschniveau
reduziert. Mit dem erfindungsgemäß ausgestalteten
Axialkolbenmotor kann – je
nach Einsatzfall – auch
eine Leistungsverzweigung durch das Differentialgetriebe erfolgen,
so daß Leistung
in verschiedener Größe an zwei
Verbraucher abgegeben werden kann.
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Sofern
jeweils zwei sich gegenüberliegende Zylinderbohrungen
der beiden Gruppen von Zylinderbohrungen und die Kolbenabschnitte
des zugehörigen
Kolbens zueinander koaxial sind und die beiden Kolbenabschnitte
und Zylinderbohrungen gleiche Durchmesser aufweisen, hält sich
einerseits der Fertigungsaufwand in Grenzen, andererseits ergibt
sich bei Beaufschlagung zweier Kolben, die in einer gemeinsamen
Ebene angeordnet sind und entgegengesetzt mit Druckmittel beaufschlagt
werden, ein Kräfteausgleich
in axialer Richtung.
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Fertigungs-
und montagetechnisch von Vorteil ist darüber hinaus eine Ausgestaltung
der Erfindung, bei der die Hubscheibe an dem Differentialkorb angeformt
ist.
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Zweckmäßigerweise
ist der Differentialkorb mittels Schrägwälzlagern im Gehäuse des
Axialkolbenmotors gelagert und ist das Differentialgetriebe als
Kegelraddifferentialgetriebe ausgebildet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist der Differentialkorb einstückig ausgebildet
und weist eine radiale Bearbeitungs- und Montageöffnung auf. Bei dieser Lösung ist
der Fertigungs- und Montageaufwand sehr gering.
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Eine
Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, daß die radiale Bearbeitungs-
und Montageöffnung
durch einen Verschlußdeckel
abschließbar
ist. Dadurch kann eine zweite Querachse mit zwei Ausgleichsrädern montiert
und infolgedessen die Anzahl der Ausgleichsräder auf vier erhöht werden.
Das Vorhandensein von vier Ausgleichsrädern ermöglicht eine hohe Leistungsdichte
des Differentialgetriebes innerhalb des vorgegebenen Bauraumes bzw.
ermöglicht
umgekehrt sehr kompakte Abmessungen.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Differentialkorb eine
axiale Bearbeitungs- und Montageöffnung
aufweist, die durch einen als Lageraufnahme ausgebildeten Verschlußdeckel
abschließbar
ist. Diese Konstruktion kann von vorneherein mit zwei Querachsen
und dementsprechend vier Ausgleichsrädern versehen werden.
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Es
erweist sich als günstig,
wenn im Brückenabschnitt
jedes Kolbens beiderseits der Hubscheibe jeweils ein als Kugelsegment
ausgebildeter Stützkörper angeordnet
ist.
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Derartige
Stützkörper ermöglichen
große Schrägstellungen
der Hubscheibe zur Mittelachse des Axialkolbenmotors, wodurch ein
großes
Schluckvolumen erzielbar ist. Darüber hinaus ergibt sich ein günstiges
Anlaufverhalten. Hinzu kommt, daß die Baulänge des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors
in diesem Bereich gegenüber
den bekannten Axialkolbenmotoren verkürzt ist, weil die Abstützung der
Kolben durch Stützkörper in
Form von Kugelsegmenten gegenüber
der üblichen
Abstützung
durch Kugelgelenk-Gleitschuhe nur sehr wenig Platz in axialer Richtung
benötigt.
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Sofern
die Mittelpunkte der den Kugelsegmenten zugeordneten Kugeln auf
der Mittelachse der beiden Kolbenabschnitte angeordnet sind, ergeben sich
günstige
Verhältnisse
im Hinblick auf eine Zerlegung der Kolbenkraft.
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Hinsichtlich
der Steuerung des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors
ist es von Vorteil, wenn die Hubscheibe im Bereich der Stützkörper auf
beiden Seiten mit jeweils einer Steuerfläche mit Steuernieren versehen
ist, die als Mündungen
von in dem Differentialkorb angeordnete Verbindungskanälen zu gehäusefesten
Versorgungsanschlüssen
des Axialkolbenmotors ausgebildet sind, wobei in den Kolbenabschnitten
und in den Stützkörpern Bohrungen
zu den Zylinderbohrungen angeordnet sind. Durch diese Anordnung
wird mit minimalem Aufwand eine funktionssichere Steuerung geschaffen,
die konstruktiv einfach aufgebaut ist und mit der die Zylinderbohrungen
periodisch mit den gehäusefesten
Versorgungsanschlüssen
verbunden werden.
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Um
die Steuernieren nicht direkt in die Hubscheibe einarbeiten zu müssen, ist
es gemäß einer Ausgestaltung
der Erfindung günstig,
wenn die Steuernieren jeweils an einer separaten Steuerscheibe gebildet
sind, die drehsynchron mit der Hubscheibe rotiert. Gesteuert wird
dabei zwischen den Steuernieren in der Steuerscheibe und den Bohrungen
in den Stützkörpern.
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Es
ist zwar möglich,
einen direkten Kontakt zwischen der rotierenden Steuerscheibe und
den Stützkörpern vorzusehen,
sofern jedoch zwischen den Stützkörpern und
der rotierenden Steuerscheibe eine Gegenscheibe angeordnet ist,
die gegen Rotation relativ zu den Kolben und/oder den Stützkörpern fixiert
und mit Bohrungen versehen ist, die zu den Bohrungen in den Stützkörpern korrespondieren, werden
die Andruckkräfte
besser verteilt, ein gesicherter störungsfreier Lauf der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
erreicht und die Verschleißfestigkeit
der Steuerung erhöht
wird. Die Steuerung erfolgt zwischen den Steuernieren in der Steuerscheibe
und den Bohrungen in der Gegenscheibe.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
der Erfindung sieht vor, daß der
Differentialkorb eine zur Mittelachse senkrechte Endfläche aufweist,
von der die Verbindungskanäle
zu den Steuernieren ausgehen, wobei der Endfläche ein axial bewegliches,
in Richtung zur Anschlußfläche des
Differentialkorbs mit Druck aus den Versorgungsanschlüssen beaufschlagbares
Druckmittelversorgungselement gegenüberliegt, das zwischen den
Versorgungsanschlüssen
und den Verbindungskanälen
angeordnet ist. Dadurch ist auf einfache Weise die Versorgung der
Zylinderbohrungen mit Druckmittel aus gehäusefesten Versorgungsanschlüssen über die
rotierende Hubscheibe ermöglicht.
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Das
Druckmittelversorgungselement ist mit Vorteil als Stufenbüchse ausgebildet,
die in der der Endfläche
des Differentialkorbs gegenüberliegenden Stirnfläche zwei
konzentrische Ringnuten aufweist, von denen jeweils eine mit einem
von zwei Versorgungsanschlüssen
des Axialkolbenmotors verbunden ist, wobei in der Endfläche des
Differentialkorbs vier, jeweils einer Steuerniere zugeordnete Verbindungskanäle münden, von
denen jeweils zwei Verbindungskanäle einer der Ringnuten gegenüberliegen,
und wobei jede Ringnut mit einem zwischen der Stufenbüchse und
dem Gehäuse
des Axialkolbenmotors angeordneten Druckraum verbunden ist, der in
Richtung zur Endfläche
wirksam ist und mit jeweils einem der beiden Versorgungsanschlüsse in Verbindung
steht.
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Zur
Aufnahme der von dem Druckmittelversorgungselement auf den Differentialkorb
einwirkenden Axialkräfte
ist gemäß einer
ersten zweckmäßigen Variante
ein Steilwinkellager vorgesehen.
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Gemäß einer
zweiten Variante ist zur Aufnahme der von dem Druckmittelversorgungselement auf
den Differentialkorb einwirkenden Axialkräfte auf der dem Druckmittelversorgungselement
entgegengesetzten Stirnseite des Differentialkorbs eine mit Druck
beaufschlagbare Kompensationseinrichtung vorgesehen.
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Ein
besonders einfacher Aufbau der Kompensationseinrichtung ergibt sich
dadurch, daß diese als
axial beweglicher Stufenkolben ausgebildet ist, der auf seiner dem
Differentialkorb gegenüberliegenden
Stirnseite eine Ringnut aufweist, von der ein Kanal zu einem zwischen
dem Stufenkolben und dem Gehäuse
des Axialkolbenmotors gebildeten Druckraum führt, wobei der Ringnut gegenüberliegend
ein im Differentialkorb angeordneter Kanal mündet, der an den jeweils Hochdruck
führenden
Versorgungsanschluß des
Axialkolbenmotors über
ein Wechselventil oder Rückschlagventile
angeschlossen ist.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den
Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Axialkolbenmotor,
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2 einen
Schnitt durch eine erste Variante des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors,
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3 einen
weiteren Schnitt durch die Variante gemäß 2 und
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4 einen
Schnitt durch eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors.
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In
einem Gehäuse 1 des
erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors
ist eine erste Gruppe von konzentrischen Zylinderbohrungen 2 angeordnet
und ist parallel dazu beabstandet eine zweite Gruppe von konzentrischen
Zylinderbohrungen 3 angeordnet. Eine Hubscheibe 4 steht
in Wirkverbindung mit mehreren Kolben 5, von denen jeder
einen ersten Kolbenabschnitt 5a und einen axial dazu beabstandeten zweiten
Kolbenabschnitt 5b aufweist. Die beiden Kolbenabschnitte 5a und 5b sind
koaxial zueinander und weisen gleiche Durchmesser auf. Ein Brückenabschnitt 5c verbindet
die beiden Kolbenabschnitte 5a und 5b miteinander,
die jeweils in gegenüberliegenden
Zylinderbohrungen 2 und 3 der ersten und der zweiten
Gruppe von Zylinderbohrungen längsbeweglich
sind. Die Kolbenenden sind mit Druckmittel beaufschlagbar, wobei
im Betrieb in bekannter Weise eine zur Mittelachse der Kolbens 5 senkrechte
und zur Hubscheibe 4 tangentiale Relativgeschwindigkeit entsteht.
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In
dem Brückenabschnitt 5c der
Kolben 5 sind jeweils zwei als Kugelsegmente ausgebildete Stützkörper 6 und 7 angeordnet,
zwischen denen sich die Hubscheibe 4 befindet. Die Mittelpunkte
der den Kugelsegmenten zugeordneten Kugeln sind bevorzugt auf der
Mittelachse des Kolbens 5 angeordnet.
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Die
Hubscheibe 4 ist mit einem Differentialkorb 8 eines
innerhalb der Hubscheibe 4 angeordneten Differentialgetriebes 9 verbunden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die Hubscheibe 4 an dem Differentialkorb 8 angeformt.
Das Differentialgetriebe 9 ist als Kegelraddifferentialgetriebe
ausgebildet und weist zwei Abtriebswellen 10 und 11 auf
sowie – im
vorliegenden Ausführungsbeispiel – zwei Querachsen 12, 13 mit
jeweils zwei Ausgleichsrädern 14.
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Der
mittels zweier Schrägwälzlager 15a, 15b in
X-Anordnung im Gehäuse 1 des
Axialkolbenmotors gelagerte Differentialkorb 8 ist an seinem
in der Figur linken Ende mit einer axialen Bearbeitungs- und Montageöffnung 8a versehen,
die durch einen als Lageraufnahme 16a ausgebildeten Verschlußdeckel 16 abgedeckt
ist. Die Lageraufnahme 16a, auf der sich das Schrägwälzlager 15a befindet,
ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel
an dem Verschlußdeckel 16 angeformt.
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Im
Bereich der Stützkörper 6, 7 ist
auf beiden Seiten der Hubscheibe 4 jeweils eine drehsynchron mit
dieser rotierende Steuerscheibe 17, 18 angeordnet,
die auf der der Hubscheibe 4 abgewandten Seite jeweils
mit einer Steuerfläche
versehen ist, in der Steuernieren 17a, 17b, 18a, 18b angeordnet
sind.
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In
den Steuernieren 17a, 17b, 18a, 18b münden Verbindungskanäle 19,
die im Differentialkorb 8 angeordnet und zum periodischen
Verbinden der Zylinderbohrungen 2, 3 mit Versorgungsanschlüssen 20, 21 vorgesehen
sind.
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Zu
diesem Zweck sind in den Kolbenabschnitten 5a, 5b und
in den Stützkörpern 6, 7 Bohrungen 22 angeordnet.
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Zwischen
den mit der Hubscheibe 4 rotierenden Steuerscheiben 17, 18 und
den Stützkörpern 6, 7 ist
zur besseren Kräfteverteilung
und Erhöhung
der Verschleißfestigkeit
jeweils eine Gegenscheibe 23, 24 angeordnet, die
mit Bohrungen 25 versehen ist, die zu den Bohrungen 22 der
Stützkörper 6, 7 koaxial sind.
Die Gegenscheiben 23, 24 sind auf geeignete Weise
gegenüber
Verdrehung zu den Kolben 5 bzw. den Stützkörpern 6, 7 gesichert.
Die Steuerung erfolgt zwischen den Steuernieren 17a, 17b, 18a, 18b in
der Steuerscheibe und den Bohrungen 25 in der Gegenscheibe.
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Der
Differentialkorb 8 weist eine zu seiner Mittelachse D senkrechte
Endfläche 8b auf,
in der die Verbindungskanäle 19 enden.
Der Endfläche 8b liegt ein
axial bewegliches, in Richtung zur Endfläche 8b des Differentialkorbs 8 mit
Druck aus den Versorgungsanschlüssen 20, 21 beaufschlagbares
Druckmittelversorgungselement 26 gegenüber.
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Das
Druckmittelversorgungselement 26, das sich zwischen den
gehäusefesten
Versorgungsanschlüssen 20, 21 und
den rotierenden Verbindungskanälen 19 befindet,
ist als Stufenbüchse
ausgebildet. In einer der Endfläche 8b des
Differentialkorbs 8 gegenüberliegenden Stirnfläche 26a der
Stufenbüchse
sind zwei konzentrische Ringnuten 27, 28 eingearbeitet,
von denen jeweils eine mit einem der zwei Versorgungsanschlüsse 20, 21 des
Axialkolbenmotors verbunden ist.
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In
der Endfläche 8b des
Differentialkorbs 8 münden
vier, jeweils einer Steuerniere 17a, 17b, 18a, 18b zugeordnete
Verbindungskanäle 19 derart,
daß jeweils
zwei Verbindungskanäle 19 einer
der Ringnuten 27, 28 gegenüberliegen. Dabei sind jeweils
zwei über
Kreuz angeordnete Steuernieren 17a, 18b oder 18a, 17b mit
einem der Versorgungsanschlüsse 20 oder 21 verbunden.
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Jede
Ringnut 27, 28 ist mit einem zwischen der Stufenbüchse und
dem Gehäuse 1 des
Axialkolbenmotors angeordneten Druckraum 29, 30 verbunden,
der in Richtung zur Endfläche 8b wirksam
ist und mit jeweils einem der beiden Versorgungsanschlüsse 20, 21 in
Verbindung steht. Durch den in den Druckräumen anstehenden Druck wird das Druckmittelversorgungselement 26 selbstnachstellend
gegen den rotierenden Differentialkorb 8 gedrückt, wodurch
die Leckverluste gering gehalten werden.
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Da
das Druckmittelversorgungselement auf den Differentialkorb 8 einwirkende
Axialkräfte
erzeugt, ist zur Aufnahme dieser Axialkräfte das in der Figur linke
Schrägwälzlager 15a als
Steilwinkellager ausgebildet.
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Die
in den 2 dargestellte Variante des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors
unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen Axialkolbenmotor
dadurch, daß der
Differentialkorb 8 samt angeformter Hubscheibe 4 aus
nur einem Bauteil besteht, wobei die Bearbeitungs- und Montageöffnung 8c radial
angeordnet ist.
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Die
Form der Bearbeitungs- und Montageöffnung 8c ist der 3 entnehmbar.
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Bei
dieser Konstruktion weist das Differentialgetriebe 9 nur
eine Querachse 13 auf und dementsprechend nur zwei Ausgleichsräder 14.
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Die
Variante gemäß 2 ist
darüber
hinaus zur Kompensation der von dem Druckmittelversorgungselement 26 erzeugten
Axialkräfte
anstelle eines Steilwinkellagers mit einer speziellen, mit Druck beaufschlagbaren
Kompensationseinrichtung 31 auf der dem Druckmittelversorgungselement 26 entgegengesetzten
Stirnseite 8d des Differentialkorbs 8 versehen.
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Die
Kompensationseinrichtung 31 ist als axial beweglicher Stufenkolben
ausgebildet, der auf seiner dem Differentialkorb 8 gegenüberliegenden
Stirnseite 31a eine Ringnut 32 aufweist. Von der
Ringnut 32 führt
ein Kanal 33 zu einem zwischen dem Stufenkolben und dem
Gehäuse 1 des
Axialkolbenmotors gebildeten Druckraum 34. Der Ringnut 32 gegenüberliegend
mündet
ein im Differentialkorb 8 angeordneter Kanal 35 mündet, der
mittels Rückschlagventilen 36, 37 an
den jeweils Hochdruck führenden
Versorgungsanschluß 20, 21 des
Axialkolbenmotors angeschlossen ist.
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Bei
der Variante nach 4 ist die radiale Bearbeitungs-
und Montageöffnung 8c durch
einen Verschlußdeckel 38 abgeschlossen.
Dadurch kann die zweite Querachse 12 mit zwei zusätzlichen
Ausgleichsrädern 14 montiert
und bei vorgegebenem Bauraum die Leistungsfähigkeit des Kegelraddifferentialgetriebes
erhöht
werden.