DE19808095A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschine mit axialer Kolbenverschiebung, deren Kolben so angeordnet sind, daß sie sich in Richtung einer Antriebswelle hin und her bewegen, und insbesondere eine Axialkolben-Flüs­ sigkeitspumpe, die Flüssigkeit mit Druck beaufschlagen und transportieren kann, sowie einen Axialkolben-Flüssig­ keitsmotor, der eine Abtriebswelle mittels mit Druck beaufschlagter Flüssigkeit antreiben kann.

Aus MECHANICAL ENGINEER'S HANDBOOK, hrsg. von der Japan Association of Mechanical Engineers (1991), B5, FLUID MACHINE, Seite 188, Fig. 420(c), ist ein Beispiel einer Maschine mit axialer Kolbenverschiebung, genauer eine Taumelscheiben-Flüssigkeitspumpe, bekannt. Die Taumel­ scheiben-Flüssigkeitspumpe enthält einen festen Zylinder­ block mit mehreren Kolben, die in darin ausgebildete Zylinder eingesetzt sind, eine mit den Kolben verbundene Schwenkplatte, deren Drehung durch einen Rotationsverhin­ derungsmechanismus (nicht gezeigt) verhindert wird, sowie eine Taumelscheibe, die zwischen der Schwenkplatte und einem festen Rahmen (nicht gezeigt) angeordnet und mit der Schwenkplatte über dazwischen befindliche Lager in Kontakt ist. Eine Drehung der Taumelscheibe bewirkt eine Schwenkbewegung der Schwenkplatte, wodurch jeder der Kolben in den Zylindern hin und her bewegt wird.

Weitere Beispiele von Maschinen mit axialer Kolbenver­ schiebung sind aus MECHANICAL ENGINEERING HANDBOOK, B5, FLUID MACHINE, Seite 188, Fig. 420(a) und Seite 129, Fig. 441, bekannt, wobei ein eine Axialkolben-Flüssig­ keitspumpe mit angewinkelter Mittelachse ist und ein weiteres Beispiel ein Axialkolben-Flüssigkeitsmotor mit angewinkelter Achse ist. Die Pumpe oder der Motor enthal­ ten einen Zylinderblock mit mehreren in darin ausgebil­ dete Zylinder eingesetzten Kolben, eine Antriebswelle bzw. eine Abtriebswelle, deren Mittelachse in bezug auf die Mittelachse des Zylinderblocks geneigt ist und die mit den Kolben verbunden ist, einen Rotationsynchronisa­ tionsmechanismus, der die Welle und den Zylinderblock miteinander verbindet, damit sie sich synchron zueinander drehen können, und einen Rahmen, (nicht gezeigt), der die Welle und den Zylinderblock drehbar unterstützt, so daß sie sich um ihre jeweiligen Achsen drehen können. In der Pumpe, die in Fig. 430(a) gezeigt ist, bewirkt die Dre­ hung der Antriebswelle die Drehung des Zylinderblocks und die Hin- und Herbewegung der Kolben in den Zylindern. In dem in Fig. 441 gezeigten Fluidmotor bewirkt ein Fluid, das den Zylindern durch Betätigung von Ventilen zugeführt wird, die Hin- und Herbewegung der Kolben, wobei diese Hin- und Herbewegung der Kolben die Abtriebswelle zu Drehungen antreibt.

In der obenerwähnten Taumelscheiben-Flüssigkeitspumpe drehen sich die Schwenkplatte und der Rahmen nicht, die Taumelscheibe, die zwischen der Schwenkplatte und dem Rahmen eingebaut ist, dreht sich jedoch, so daß zwei Rotationsgleitabschnitte vorhanden sind, an denen die Taumelscheibe mit verhältnismäßig hoher Gleitgeschwindig­ keit unter einer verhältnismäßig hohen Last aufgrund des durch die Pumpwirkung erzeugten Hydraulikdrucks gleitet.

In der obenerwähnten Axialkolben-Flüssigkeitspumpe mit angewinkelter Achse oder in dem entsprechenden Motor führen der Rahmen, der sich nicht dreht, und ein Flansch­ abschnitt der Antriebs- bzw. Abtriebswelle, der sich dreht, eine relative Gleitbewegung mit verhältnismäßig hoher Gleitgeschwindigkeit unter einer relativ hohen Schublast aufgrund des auf den Kolbenkopf ausgeübten Flüssigkeitsdrucks aus.

Ferner wirkt in dem Fall, in dem die Öffnungsfläche jedes Zylinders auf Seiten der Ventilplatte kleiner als die Querschnittsfläche jedes Kolbens ist, auf die Ventil­ platte eine Schublast, die im Zylinderblock entsprechend der Differenz zwischen den Flüssigkeitsdruck-Aufnahmeflä­ chen entsteht. Die Schublast ist verhältnismäßig hoch, wobei der Zylinderblock auf der Ventilplatte mit einer verhältnismäßig hohen Gleitgeschwindigkeit unter dieser verhältnismäßig hohen Schublast gleitet.

Die obenerwähnte Taumelscheiben-Flüssigkeitspumpe, die Flüssigkeitspumpe mit angewinkelter Mittelachse und der Flüssigkeitsmotor mit angewinkelter Mittelachse besitzen insofern eine gemeinsame Struktur, daß ein erstes Element und ein zweites Element angeordnet sind, die keine rela­ tive Drehbewegung ausführen, sondern nur eine Schwenkbe­ wegung entsprechend der Drehung der Antriebs- bzw. Ab­ triebswelle ausführen, wobei das erste Element mit mehre­ ren Kolben an Positionen um diese Mittelachse in Eingriff ist, das zweite Element mehrere Zylinder aufweist, die in ihm im wesentlichen zueinander parallel und um eine Achse ausgebildet sind, und die Kolben gleitend in die Zylinder eingesetzt sind, um mehrere entsprechende Arbeitskammern zu bilden. Bei dieser Konstruktion sind die Rotation der Antriebs- bzw. Abtriebswelle, die relative Schwenkbewe­ gung der ersten und zweiten Elemente und die Hin- und Herbewegung der Kolben miteinander verbunden, wobei entweder durch Antreiben der Abtriebswelle zu Drehungen das Fluid mit Druck beaufschlagt oder transportiert wird oder aber im Gegensatz dazu die Abtriebswelle angetrieben wird, indem den Arbeitskammern ein Fluid unter gesteuer­ tem Druck zugeführt wird.

Beispielsweise ist in der Taumelscheiben-Flüssigkeits­ pumpe die Schwenkplatte das erste Element, während das zweite Element ein festes Element wie etwa der Zylinder­ block ist, an dem der Rahmen und ein Zylinderkopf befe­ stigt sind.

Sowohl die Schwenkplatte als auch der Zylinderblock führen wegen des für die Schwenkplatte vorgesehenen Rotationsverhinderungsblocks keine relative Drehung aus, sie führen jedoch eine relative Schwenkbewegung aus, die der Schwenkplatte durch die Drehung der Taumelscheibe aufgeprägt wird, welche ihrerseits durch die Drehung der in Baueinheit mit der Taumelscheibe ausgebildeten An­ triebswelle hervorgerufen wird.

Die Drehung der Taumelscheibe, die durch die Drehung der Antriebswelle hervorgerufen wird, bewirkt eine Schwenkbe­ wegung der Schwenkplatte relativ zum Zylinderblock, wobei die Schwenkbewegung die Kolben hin und her bewegt und das Volumen jeder Arbeitskammer geändert wird, um das Fluid mit Druck zu beaufschlagen und zu transportieren.

Andererseits ist in der Fluidpumpe oder in dem Fluidmotor mit angewinkelter Mittelachse die Antriebs- bzw. Ab­ triebswelle mit Flansch das obengenannte erste Element, während der Zylinderblock das zweite Element ist. Da sich beide Elemente aufgrund des Rotationssynchronisations­ mechanismus gemeinsam drehen, führen sie keine relative Drehbewegung aus, sondern eine relative Schwenkbewegung, da das erste Element und das zweite Element zueinander geneigte Achsen besitzen und sich um diese Achsen syn­ chron zueinander drehen.

Die mehreren Kolben, die mit einem Flanschabschnitt der Antriebs- bzw. Abtriebswelle, die das erste Element bildet, über Stangen verbunden sind, sind in die Zylinder eingesetzt, die in dem das zweite Element bildenden Zylinderblock um die Achse des Zylinderblocks und im wesentlichen parallel zu dieser Achse ausgebildet sind und mehrere Arbeitskammern bilden.

Die Drehung der Antriebs- bzw. Abtriebswelle, die rela­ tive Schwenkbewegung zwischen dem Flansch der Welle und dem Zylinderblock und die Hin- und Herbewegung für die Erhöhung oder Erniedrigung des Volumens jeder Arbeitskam­ mer sind miteinander verbunden, so daß die Axialkolben- Fluidpumpe mit angewinkelter Achse das Fluid durch An­ treiben der Antriebswelle zu Drehungen mit Druck beauf­ schlagt und transportiert, während der Axialkolben-Fluid­ motor mit angewinkelter Achse den Arbeitskammern Fluid unter gesteuertem Druck zuführt, um die Abtriebswelle zu Drehungen anzutreiben.

Wie oben erwähnt worden ist, ist in den herkömmlichen Maschinen mit axialer Kolbenverschiebung in einem Ab­ schnitt, der eine Schubkraft aufnimmt, ein Rotations­ gleitabschnitt vorhanden, an dem sowohl eine Gleitlast als auch eine Gleitgeschwindigkeit hoch sind. Wenn für den Rotationsgleitabschnitt ein Gleitlager vorgesehen ist, besteht das technische Problem, daß der Wirkungsgrad der Maschine aufgrund eines mechanischen Reibungsverlu­ stes abnimmt und daß außerdem die Zuverlässigkeit auf­ grund eines möglichen Festfressens abnimmt.

Wenn andererseits in den Rotationsgleitabschnitt ein Schub-Rollenlager eingebaut ist, das einen verhältnismä­ ßig kleinen Reibwiderstand besitzt, kann die obengenannte Abnahme des Wirkungsgrades und der Zuverlässigkeit in gewissem Ausmaß reduziert werden, es besteht jedoch noch immer das zu beseitigende Problem, daß das Schub-Rollen­ lager die Lebensdauer der Maschine begrenzt, weil eine Metallermüdung auftritt, und außerdem die Kosten wegen der erhöhten Anzahl von Teilen erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axial­ kolbenmaschine zu schaffen, in der der mechanische Rei­ bungsverlust und die Reibungswärmeerzeugung, die durch eine in Schubrichtung ausgeübte Last verursacht werden, reduziert ist, und die Anzahl der Maschinenteile redu­ ziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Axialkolbenmaschine, die die in einem der unabhängigen Ansprüche angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gerichtet.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine enthält ein erstes Element und ein zweites Element, die so angeordnet sind, daß das erste Element relativ zum zweiten Element schwenken kann, um eine relative Schwenkbewegung aus zu­ führen, mehrere Kolben, die in mehrere Zylinder einge­ setzt sind, die im zweiten Element ausgebildet sind, wobei die Kolben mit dem ersten Element in der Weise in Eingriff sind, daß die mehreren Kolben durch die relative Schwenkbewegung in den Zylindern hin und her bewegt werden, und einem Schwenkmechanismus zum relativen Schwenken des ersten Elements zum zweiten Element, wobei das erste Element und das zweite Element einen Kopplungs­ abschnitt besitzen, der entweder das erste Element oder das zweite Element an einen Punkt des jeweils anderen Elements in der Weise bindet, daß es um diesen Punkt universell drehbar ist, und der Schwenkmechanismus einen Relativumlaufmechanismus enthält, der das erste Element und/oder das zweite Element in der Weise umlaufen läßt, daß die relative Schwenkbewegung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element geschaffen wird, wodurch die Kolben hin und her bewegt werden.

Der Kopplungsabschnitt enthält zweckmäßig sphärische Abschnitte, die im ersten bzw. im zweiten Element ausge­ bildet sind, um einen sphärischen Anschlag zu bilden, längs dessen eines der ersten und zweiten Elemente auf dem jeweils anderen um den obengenannten Punkt gleitend beweglich ist.

Der Eingriff zwischen dem ersten Element und den Kolben umfaßt eine mechanische Verbindung, die Kolbenstangen verbindet, wobei der Kontakt dazwischen Gleitschuhe und dergleichen verwendet.

Die erfindungsgemäße Maschine kann durch einen einzelnen Kolben und eine entsprechende Konstruktion anstatt durch die mehreren Kolben verwirklicht sein.

Einen Aspekt der Erfindung bildet eine Axialkolbenma­ schine, die enthält: einen Hebel mit einer Mittelachse, der einen sphärischen Abschnitt mit einer sphärischen Oberfläche, deren Kugelmittelpunkt auf der Mittelachse des Hebels liegt, sowie einen Schaftabschnitt enthält, der sich von der sphärischen Oberfläche nach außen und in einer Richtung erstreckt, die durch den Kugelmittelpunkt verläuft; mehrere Kolben, wovon jeder auf einer der sphärischen Oberfläche des Hebels gegenüberliegenden Seite mit dem Hebel verbunden ist; ein festes Element mit einer Mittelachse, das mehrere Zylinder, die in ihm ausgebildet und sowohl von der Mittelachse als auch voneinander beabstandet sind, einen sphärischen Unter­ stützungsabschnitt, dessen Kugelmittelpunkt auf der Mittelachse des Hebels liegt und der den sphärischen Abschnitt des Hebels gleitend unterstützt, und einen Lagerabschnitt enthält, der den Schaftabschnitt des Hebels umgibt, wobei die mehreren Kolben in entsprechende Zylinder gleitend eingesetzt sind; und ein Rotations­ element, das in den Lagerabschnitt des festen Elements drehbar eingesetzt ist und mit dem Schaftabschnitt des Hebels gleitend und drehbar in der Weise verbunden ist, daß eine Drehachse des Rotationselements zur Mittelachse des Schaftabschnitts des Hebels exzentrisch ist, wobei eine Drehung des Rotationselements eine Schwenkbewegung des sphärischen Abschnitts relativ zum festen Element hervorruft und die Schwenkbewegung des sphärischen Ab­ schnitts des Hebels die Kolben hin und her bewegt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Eingriffabschnitt des Drehelements und der Wellenab­ schnitt des Hebels so konstruiert sind, daß ein Neigungs­ winkel zwischen der Drehachse des Drehelements und der Achse des Wellenabschnitts des Hebels veränderlich ist.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine axiale Verschiebung des obengenannten Eingriffabschnitts den Neigungswinkel zwischen der Drehachse des Drehele­ ments und der Achse des Wellenabschnitts des Hebels verändert, wodurch die Hübe der Hin- und Herbewegung der mit dem Hebel verbundenen Kolben geändert werden.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß an dem obengenannten festen Element ein Rotationsverhinde­ rungsmechanismus angebracht ist, der eine ununterbrochene Drehung des Hebels verhindert.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält die Axial­ kolbenmaschine ein erstes Rotationselement und einem zweiten Rotationselement, die zueinander geneigte Mittel­ achsen besitzen und um diese Mittelachsen drehbar sind, wobei das zweite Rotationselement mehrere Zylinder ent­ hält, die in ihm parallel zu seiner Mittelachse und sowohl von der Mittelachse als auch voneinander beabstan­ det ausgebildet sind; mehrere Kolben, die in entspre­ chende Zylinder eingesetzt und mit dem ersten Rotations­ element mechanisch verbunden sind; und einen Mechanismus zum Schwenken des ersten Rotationselements relativ zum zweiten Rotationselement, um so die mehreren Kolben in den Zylindern hin und her zu bewegen; wobei sowohl das erste Rotationselement als auch das zweite Rotations­ element einen sphärischen Abschnitt besitzt, die zusammen einen sphärischen Anschlag bilden, längs dessen das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement relativ zueinander gleiten können; der Kugelmittelpunkt jedes sphärischen Abschnitts im Schnittpunkt der Mittelachsen des ersten Rotationselements bzw. des zweiten Rotations­ elements liegt; das zweite Rotationselement das erste Rotationselement in Richtung der Mittelachse des zweiten Rotationselements unterstützt und; der Mechanismus zur Erzeugung einer relativen Schwenkbewegung eine Rotations­ eingangswelle, die das erste Rotationselement und das zweite Rotationselement um ihre jeweiligen Mittelachsen dreht, sowie ein festes Element enthält, das das erste Rotationselement drehbar in der Weise unterstützt, daß der Neigungswinkel konstant gehalten wird, wobei sich das erste Rotationselement drehen kann, wodurch das erste Rotationselement auf dem zweiten Rotationselement längs des sphärischen Anschlags gleitet und relativ zum zweiten Rotationselement schwenkt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein Rotationssynchronisationsmechanismus eingebaut ist, der die Rotation des ersten Drehelements mit der Rotation des zweiten Drehelements synchronisiert.

Um eine relative Schwenkbewegung des ersten Elements zum zweiten Element zu bewerkstelligen, sind erfindungsgemäß das erste Element und das zweite Element miteinander gekoppelt, um den obengenannten sphärischen Anschlag zu bilden. Das erste Element und das zweite Element sind so konstruiert, daß ein Abschnitt des ersten Elements, der vom Kugelmittelpunkt des sphärischen Anschlags beabstan­ det ist, um die Achse des zweiten Elements umläuft.

In dem obengenannten Hebel, der so konstruiert ist, daß er durch Drehen des Drehelements geschwenkt werden kann, erstrecken sich der sphärische Abschnitt und der Schaft­ abschnitt radial von der sphärischen Oberfläche des sphärischen Abschnitts längs einer imaginären Linie, die sich vom Kugelmittelpunkt der sphärischen Oberfläche radial erstreckt. Das obengenannte feste Element weist die mehreren Zylinder auf, die in ihm ausgebildet sind und in die die mehreren Kolben gleitend eingesetzt sind, so daß sie sich entsprechend der Schwenkbewegung des sphärischen Abschnitts des Hebels hin und her bewegen können. Das feste Element umfaßt den sphärischen Unter­ stützungsabschnitt, der den sphärischen Abschnitt des Hebels unterstützt, und einen Lagerabschnitt, der das Drehelement drehbar unterstützt, so daß die Mittelachse des Drehelements durch den Kugelmittelpunkt des sphäri­ schen Unterstützungsabschnitts des festen Elements ver­ läuft. Das Drehelement und der Schaftabschnitt des Hebels sind miteinander an einer Position, die von der Mittel­ achse des Drehelements radial beabstandet ist, drehbar miteinander verbunden, wobei die Drehung des Rotations­ elements bewirkt, daß der Verbindungsabschnitt des Schaftabschnitts um die Mittelachse des Rotationselements umläuft, d. h., daß der Schaftabschnitt des Hebels durch die Drehung des Rotationselements umläuft.

Der Verbindungsabschnitt zwischen dem Rotationselement und dem Schaftabschnitt des Hebels ist so konstruiert, daß der Neigungswinkel des Schaftabschnitts des Hebels in bezug auf die Drehachse des Rotationselements geändert werden kann.

Durch Verschieben der Position des obengenannten Verbin­ dungsabschnitts wird der Neigungswinkel des Schaftab­ schnitts des Hebels in bezug auf die Drehachse des Rota­ tionselements geändert, wobei die Hübe der Hin- und Herbewegung der obengenannten mehreren Kolben geändert werden.

Der Hebel besitzt einen Rotationsverhinderungsmechanis­ mus, der am festen Element befestigt ist und eine un­ unterbrochene Drehung des Hebels verhindert.

Ferner besitzt das obengenannte erste Rotationselement einen sphärischen Abschnitt sowie einen ersten Drehwel­ lenabschnitt, der sich von einer sphärischen Oberfläche des sphärischen Abschnitts längs einer vom Kugelmittel­ punkt der sphärischen Oberfläche durch die sphärische Oberfläche radial sich erstreckenden imaginären Linie radial erstreckt. Die erste Drehwelle dreht sich um die Mittelachse des ersten Drehwellenabschnitts. Das obenge­ nannte zweite Rotationselement besitzt einen sphärischen Unterstützungsabschnitt, der mit dem sphärischen Ab­ schnitt des ersten Rotationselements gekoppelt ist, um einen sphärischen Anschlag zu bilden, sowie einen zweiten Drehwellenabschnitt, dessen Drehachse durch den Kugel­ mittelpunkt des sphärischen Unterstützungsabschnitts verläuft und in bezug auf die Mittelachse des ersten Drehwellenabschnitts geneigt ist. Das zweite Rotations­ element dreht sich um seine Mittelachse, die in bezug auf die Mittelachse des ersten Rotationselements geneigt ist.

Zwischen das erste Rotationselement und das zweite Rota­ tionselement ist ein Rotationssynchronisationsmechanismus eingebaut, der die Drehungen des ersten und des zweiten Elements synchronisiert.

Das zweite Rotationselement besitzt die obengenannten mehreren Zylinder, die in ihm ausgebildet sind, von der Drehachse beabstandet und in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind. Die mehreren Kolben sind in die Zylinder gleitend eingesetzt, um sich darin hin und her zu bewegen. Öffnungen der Zylinder auf einer dem ersten Rotationselement gegenüberliegenden Seite sind wenigstens teilweise durch ein Element verschlossen, das mit dem sphärischen Unterstützungsabschnitt des zweiten Rotationselements in Baueinheit ausgebildet ist.

Die Rotation des ersten Rotationselements ist durch zwei Positionen begrenzt, nämlich durch einen Drehunterstüt­ zungsabschnitt des ersten Drehwellenabschnitts und den sphärischen Anschlag am zweiten Rotationselement. Das Lager für die drehbare Unterstützung des ersten Drehwel­ lenabschnitts ist in axialer Richtung relativ zum ersten Drehwellenabschnitt verschiebbar und unterstützt während der Verschiebung den ersten Drehwellenabschnitt, wobei die Verschiebung einer Änderung eines unterstützten Abschnitts des ersten Drehwellenabschnitts entspricht.

Durch Verschieben der Position des Lagers zur Unterstüt­ zung des ersten Drehwellenabschnitts wird ein Neigungs­ winkel zwischen dem ersten Drehwellenabschnitt und dem zweiten Drehwellenabschnitt geändert, wodurch der Hub der Hin- und Herbewegung jedes mit dem ersten Rotationsele­ ment verbundenen Kolbens relativ zu den zweiten Rotationselementen geändert wird.

Wie oben erwähnt worden ist, wird der Fluiddruck in jedem Zylinder auf die ersten und zweiten Elemente als Schubla­ sten in zueinander entgegengesetzten Richtungen ausgeübt. Erfindungsgemäß sind das erste Element und das zweite Element miteinander gekoppelt, um einen sphärischen Anschlag zu bilden, so daß auf den sphärischen Anschlag Kräfte gleichen Betrags, jedoch entgegengesetzter Rich­ tung, ausgeübt werden, und die auf das erste Element und auf das zweite Element in Schubrichtung ausgeübten Kräfte in einem dynamischen Gleichgewicht sind.

Daher besteht kein Bedarf an einer Unterstützung der großen Schublast am anderen Abschnitt. Ferner führen das erste Element und das zweite Element lediglich eine relative Schwenkbewegung am sphärischen Anschlag aus, so daß die Gleitgeschwindigkeit gering ist, ein mechanischer Reibungsverlust gering ist, obwohl der Anschlag Gleitflä­ chen bildet, und die erzeugte Wärmemenge, die ein Fest­ fressen begünstigt, ebenfalls gering ist. Wie oben er­ wähnt worden ist, kann eine Axialkolbenmaschine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit ohne Einbau ir­ gendeines Rollenlagers verwirklicht werden.

Indem ferner ein Teil des ersten Elements um die Achse des zweiten Elements an einer vom Kugelmittelpunkt des sphärischen Anschlags beabstandeten Position umläuft, kann dem ersten Element eine Schwenkbewegung aufgeprägt werden, ohne daß wie in einer herkömmlichen Maschine eine Taumelscheibe verwendet wird.

Damit ein Teil des ersten Rotationselements um die Achse des zweiten Rotationselements an einer vom Kugelmittel­ punkt des sphärischen Anschlags beabstandeten Position umläuft, muß der erste Drehwellenabschnitt des ersten Rotationselements an eine zur zweiten Drehwelle des zweiten Rotationselements exzentrische Position gebunden sein, so daß dem Flanschabschnitt des ersten Rotations­ elements und dem Zylinderblock des zweiten Rotations­ elements eine relative Schwenkbewegung aufgeprägt wird, indem die erste Drehwelle relativ zur zweiten Drehwelle geneigt wird.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungen, die auf die beigefügte Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenschnittansicht einer Flüssigkeitspumpe mit variabler Verdrängung gemäß einer ersten Aus­ führung der Erfindung, die für eine kleine Ver­ drängung eingestellt ist;

Fig. 2 eine Schnittansicht der Flüssigkeitspumpe mit variabler Verdrängung nach Fig. 1 längs einer Li­ nie II-II;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Flüssigkeitspumpe mit variabler Verdrängung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung, die für eine große Verdrängung eingestellt ist;

Fig. 4 eine Schnittansicht einer Flüssigkeitspumpe mit variabler Verdrängung gemäß einer zweiten Ausfüh­ rung der Erfindung, die für eine kleine Verdrän­ gung eingestellt ist;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Teils der Flüssigkeits­ pumpe mit variabler Verdrängung nach Fig. 4 längs einer Linie V-V; und

Fig. 6 eine Seitenschnittansicht der Flüssigkeitspumpe mit variabler Verdrängung gemäß der zweiten Aus­ führung der Erfindung, die für eine große Ver­ drängung eingestellt ist.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 3 eine erste Aus­ führung einer Axialkolbenmaschine gemäß der Erfindung, die beispielhaft durch eine Axialkolben-Flüssigkeitspumpe gegeben ist, beschrieben.

In Fig. 1 enthält die Flüssigkeitspumpe einen Zylinder­ block 9, der mit mehreren Kolben 8 versehen ist, einen Hebel 1, der schwenkbar ist und mit den Kolben 8 verbun­ den ist, um sie hin und her zu bewegen, sowie eine Dreh­ welle 3, die den Hebel 1 schwenkt.

Der Hebel 1 besitzt einen konvexen, halbkugelförmigen Abschnitt (im folgenden einfach mit sphärischer Abschnitt bezeichnet) 1a und einen Schaftabschnitt 1b, der sich von der sphärischen Oberfläche des sphärischen Abschnitts 1a längs einer radialen Linie erstreckt, die von einem Kugelmittelpunkt der sphärischen Oberfläche durch die Oberfläche in radialer Richtung verläuft. Der Zylinder­ block 9 ist mit einer Frontabdeckung 2 abgedeckt, die in Baueinheit mit ihm ausgebildet ist, wobei zwischen der Frontabdeckung 2 und dem Zylinderblock 9 ein Raum vorhan­ den ist, der den sphärischen Abschnitts 1a des Hebels 1 aufnimmt.

Die Frontabdeckung 2 besitzt einen konkaven, halbkugel­ förmigen Unterstützungsabschnitt (im folgenden einfach mit sphärischer Unterstützungsabschnitt bezeichnet) 2a und einen vorderen Nasenabschnitt 2b. Der sphärische Unterstützungsabschnitt 2a bildet eine sphärische Kopp­ lung mit dem sphärischen Abschnitt 1a des Hebels 1, um diesen zu unterstützen. Der vordere Nasenabschnitt 2b hat die Form einer zylindrischen Hohlwelle, die sich vom sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a erstreckt. Der vordere Nasenabschnitt 2b besitzt einen Gleitlagerab­ schnitt 2c, der an seiner inneren Umfangsfläche ausgebil­ det ist. Der Gleitlagerabschnitt 2c unterstützt die Drehung einer Antriebswelle 3 oder eines Rotationsele­ ments.

Eine Mittelachse des Gleitlagerabschnitts 2c liegt auf einer Linie, die durch das sphärische Zentrum des sphäri­ schen Unterstützungsabschnitt 2a verläuft. Der Gleitla­ gerabschnitt 2c ist in axialer Richtung ausreichend lang und kann die Antriebswelle 3 ausreichend unterstützen, selbst wenn die Antriebswelle 3 in axialer Richtung verschoben wird.

In einem Endabschnitt der Antriebswelle 3 ist eine zylin­ drische Bohrung in der Weise ausgebildet, daß die Achse der Bohrung in bezug auf die Drehachse der Antriebswelle 3 exzentrisch ist. Die Antriebswelle 3 nimmt in der Bohrung eine sphärische Laufbuchse 4 über eine an der Antriebswelle 3 befestigte sphärische Laufbuchse drehbar auf. Der Schaftabschnitt 1b des Hebels 1 ist in eine in der sphärischen Laufbuchse 4 ausgebildete Durchbohrung gleitend eingeschoben. Die sphärische Laufbuchse 4 ermög­ licht dem Schaftabschnitt 1b eine Änderung der Neigungs­ richtung unter Beibehaltung eines konstanten Neigungswin­ kels zwischen der Achse des Schaftabschnitts 1b des Hebels 1 und der Drehachse der Antriebswelle 3.

Der Schaftabschnitt 1b des Hebels 1 ist ausreichend lang, so daß ein Abschnitt der Antriebswelle 3, an dem die sphärische Laufbuchse 4 angeordnet ist, im vorderen Nasenabschnitt 2b axial gleiten kann.

Der Hebel 1 besitzt einen Führungsstift 5, wovon ein Ende in einen an der Umfangsfläche des sphärischen Abschnitts 1a ausgebildeten scheibenähnlichen Flansch 1c fest einge­ setzt ist und wovon das andere Ende von der äußeren Umfangsfläche des Flansches 1c radial vorsteht. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das vorstehende Ende des Füh­ rungsstifts 5 in eine in einem rechtwinkligen Block 6 ausgebildete zylindrische Bohrung drehbar eingesetzt. Der Block 6 besitzt zwei parallele Seitenflächen 6a, die zwischen zwei parallele Flächen 2d einer in einem Ab­ schnitt der Frontabdeckung 2 gegenüber der äußeren Um­ fangsfläche des Flansches 1c ausgebildeten Führungsnut gleitend eingepaßt sind, so daß er sich in axialer Rich­ tung erstreckt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Der Führungs­ stift 5, der rechtwinklige Block 6 und die einen Ab­ schnitt der Frontabdeckung 2 bildende Führungsnut bilden einen Rotationsverhinderungsmechanismus, der verhindert, daß sich der Hebel 1 um seine Achse dreht.

Mit dem Flansch 1c des Hebels 1 sind an Positionen, die in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet sind und von der Achse des Wellenabschnitts 1b des Hebels 1 beabstan­ det sind, mehrere Kolbenstangen 7, wovon jede sphärische Enden besitzt, verbunden. Ein sphärisches Ende jeder Kolbenstange 7 ist mit einem im Flansch 1c ausgebildeten konkaven sphärischen Abschnitt drehbar verbunden, während das andere sphärische Ende mit einem in einem der mehre­ ren Kolben 8 ausgebildeten konkaven sphärischen Abschnitt drehbar verbunden ist.

Der Zylinderblock 9 ist an der Frontabdeckung 2 in der Weise befestigt, daß er ein offenes Ende der Frontab­ deckung 2 verschließt, und besitzt mehrere in ihm ausge­ bildete Zylinder 9a. Die Zylinder 9a sind in Umfangsrich­ tung an Positionen angeordnet, die von der Achse der Antriebswelle 3 oder von der Achse des Gleitlagerab­ schnitts 2c der Frontabdeckung 2 beabstandet sind, und sind zu dieser Achse parallel. Die mehreren Kolben 8 sind in die Zylinder 9a gleitend eingesetzt, um entsprechende Arbeitskammern 11 zu bilden.

Die offenen Enden der Zylinder 9a auf der den Kolben 8 gegenüberliegenden Seite sind auf der der Frontabdeckung 22 gegenüberliegenden Seite angeordnet und durch einen Zylinderkopf 10 verschlossen. Die Arbeitskammern sind durch die Zylinder 9a, die Kolben und den Zylinderkopf 10 definiert.

Der Zylinderkopf 10 besitzt Sauganschlüsse 10a und För­ deranschlüsse 10b, die jeweils in die Öffnungen der Zylinder 9a münden. In den Zylinderkopf 10 sind Saugven­ tile 12 und Förderventile 13 in der Weise eingebaut, daß sie mit den Sauganschlüssen 10a bzw. mit den Förderan­ schlüssen 10b in Verbindung stehen.

Am Zylinderkopf 10 ist auf der dem Zylinderblock 9 gegen­ überliegenden Seite eine hintere Abdeckung 14 angeordnet, die eine von einem Sauganschluß 14a über eine ringförmige Saugkanalnut 14b zu den Saugventilen 12 führende Sauglei­ tung sowie eine Förderleitung besitzt, die von den För­ derventilen 13 über eine ringförmige Kanalnut 14c zu einem Förderanschluß 14d führt.

Die Frontabdeckung 2, der Zylinderblock 9, der Zylinder­ kopf 10 und die hintere Abdeckung 14 sind über Befesti­ gungsbolzen 15 befestigt.

Der Hebel 1 besitzt einen in seinem Mittelabschnitt ausgebildeten konkaven sphärischen Abschnitt 1d, dessen Kugelmittelpunkt mit dem Kugelmittelpunkt des sphärischen Abschnitts 1a übereinstimmt. Der konkave sphärische Abschnitt 1d des Hebels 1 nimmt einen konvexen sphäri­ schen Abschnitt 16 eines Endes einer Schubstange 16 auf, die in eine mittige Durchgangsbohrung des Zylinderblocks 9 gleitend eingesetzt ist und durch eine Kompressionsfe­ der, die in die mittige Durchgangsbohrung eingesetzt ist, gepreßt wird, wobei der konvexe sphärische Abschnitt 1a des Hebels 1 auf den sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a der Frontabdeckung 2 gepreßt wird. Selbst wenn daher auf den Hebel 1 während des Stillstands dieser Flüssig­ keitspumpe keine durch den Flüssigkeitsdruck in den Arbeitskammern 11 hervorgerufene Preßkraft ausübt wird, ist der konvexe sphärische Abschnitt 1a des Hebels 1 stets mit dem sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a der Frontabdeckung 2 in Kontakt und wird nicht von diesem getrennt.

Da in der obigen Konstruktion der ersten Ausführung der Erfindung der Kugelmittelpunkt des sphärischen Abschnitts 1a des Hebels 1 ein Fixpunkt ist und der Hebel 1 sich aufgrund des Rotationsverhinderungsmechanismus nicht drehen kann, läuft die sphärische Laufbuchse 4, d. h. der Schaftabschnitt 1b des Hebels 1 dann, wenn sich die Antriebswelle dreht, um den Fixpunkt um, wobei der Flansch 1c des Hebels 1 aufgrund des Umlaufs des Schaft­ abschnitts 1b in der Weise schwenkt, in der eine Schwenk­ platte einer herkömmlichen Taumelscheiben-Flüssigkeits­ pumpe schwenken würde. Die Schwenkbewegung des Flansches 1c des Hebels 1 bewegt die Kolben 8 über die Kolbenstange 7 hin und her, wodurch ein Arbeitsfluid mit Druck beauf­ schlagt und transportiert wird.

In diesem Fall wird der Druck in den Arbeitskammern 11 auf den Hebel 1 über die Kolben 8 und die Kolbenstangen 7 ausgeübt, wobei auf den sphärischen Abschnitt 1a des Hebels 1 durch den sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a eine Gegenkraft ausgeübt wird, so daß die Kraft in Schubrichtung im Gleichgewicht ist, ohne daß ein weiteres Schublager vorhanden ist.

Andererseits wird der Druck in den Arbeitskammern 11 über den Zylinderkopf 10, der ein Ende jeder Arbeitskammer 11 verschließt, auch auf die Frontabdeckung 2, den Zylinder­ block 9, den Zylinderkopf 10 und die hintere Abdeckung 14, die mittels der Befestigungsbolzen zu einer Bauein­ heit kombiniert sind, ausgeübt. Die Gegenkraft von dem sphärischen konvexen Abschnitt 1a des Hebels 1 wird jedoch auf den sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a ausgeübt, so daß die Kraft in Schubrichtung im Gleichge­ wicht ist, ohne daß ein weiteres Schublager vorgesehen ist.

Zwischen dem sphärischen Abschnitt 1a und dem sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a wirkt eine verhältnismäßig hohe Last. Die Relativbewegung zwischen dem sphärischen Abschnitt 1a und dem sphärischen Unterstützungsabschnitt 2a ist jedoch eine Schwenkbewegung, deren Schwenkwinkel klein ist, so daß die Gleitgeschwindigkeit klein ist und die erzeugte Wärmemenge, die einen mechanischen Reibungs­ verlust und eventuell ein Festfressen bewirkt, klein wird, so daß eine Flüssigkeitspumpe mit hohem Wirkungs­ grad und hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden kann.

Da ferner die Flüssigkeitspumpe außer den sphärischen Unterstützungsabschnitten keinen Schubunterstützungsab­ schnitt besitzt, besteht kein Bedarf an der Verwendung von Rollenlagern, so daß die Flüssigkeitspumpe preiswert ist und eine lange Lebensdauer besitzt. Ferner sind die Kosten dadurch geringer, daß die in einer herkömmlichen Taumelscheiben-Flüssigkeitspumpe erforderliche Taumel­ scheibe nicht notwendig ist.

Wie aus einem Vergleich der Fig. 1 und 3 hervorgeht, verschiebt eine axiale Verschiebung der Antriebswelle 3 die Position der sphärischen Laufbuchse 4, die einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Wellenabschnitt 1b des Hebels 1 und der Antriebswelle 3 bildet, in axialer Richtung, wobei der Neigungswinkel des Wellenabschnitts 1b in bezug auf die Drehachse der Antriebswelle 3 geän­ dert werden kann, um den Schwenkwinkel des Flansches 1c des Hebels 1 zu verändern.

Dadurch steigt der Kolbenhub von dem in Fig. 1 angegebe­ nen Wert S1 auf den in Fig. 3 angegebenen Wert S2 an. Während in der herkömmlichen Taumelscheiben-Flüssigkeits­ pumpe der Kolbenhub durch den Neigungswinkel der Taumel­ scheibe festgelegt war, besitzt die Pumpe gemäß dieser Ausführung der Erfindung eine Funktion der Änderung der Verdrängung oder eine Verdrängungssteuerfunktion, mit der die Förderleistung der Pumpe durch Ändern des Kolbenhubs eingestellt werden kann, wenn dies erforderlich ist.

In der obenbeschriebenen ersten Ausführung der Erfindung sind die Kolben 8 mit dem Flansch 1c des Hebels 1 verbun­ den, diese Konstruktionseinschränkung ist jedoch in der Praxis nicht erforderlich. Wenn beispielsweise die Stirn­ fläche des Flansches 1c eine flache gleichmäßige Fläche ist und die Form des Kolbens der Form des Kolbens der Taumelscheiben-Kolbenpumpe, die aus dem obenerwähnten Artikel MECHANICAL ENGINEERS' HANDBOOK, B5, Fluid Machi­ nery, Seite 190, Fig. 437, bekannt ist, nachempfunden wird und wenn dazwischen ein Kolbenschuh wie in der Taumelscheiben-Kolbenpumpe eingebaut wird, ist es mög­ lich, den Kolben durch die Schwenkbewegung des Flansches hin und her zu bewegen. In jedem Fall ist es notwendig, die Bewegung des Flansches 1c an einer von der Mittel­ achse des sphärischen Abschnitts 1a des Hebels 1 radial beabstandeten Position an die Bewegung der Kolben zu binden.

Selbst wenn sich in dem Fall, in dem die Flüssigkeits­ pumpe die obengenannten Kolbenschuhe verwendet, der Flansch 1c allmählich dreht, um in Umfangsrichtung abzu­ weichen, kann die Pumpe normal arbeiten, so daß die erste Ausführung der Erfindung ohne den obenerwähnten Rotationsverhinderungsmechanismus in die Praxis umgesetzt werden kann.

Die ersten und zweiten Elemente, die als Konstruktions­ teile der Erfindung definiert sind, entsprechen in dieser Ausführung beispielsweise den folgenden Teilen: Das erste Element bildet den Hebel 1, während das zweite Element den Zylinderblock 9, die Frontabdeckung 2, den Zylinder­ kopf 10 und die hintere Abdeckung 14 bildet. Die An­ triebswelle 3, die den Wellenabschnitt 1b des Hebels 1 exzentrisch aufnimmt und den Wellenabschnitt 1b umlaufen läßt, bildet einen Schwenkmechanismus zum Schwenken des Hebels 1 relativ zum Zylinderblock 9.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 4 bis 6 eine zweite Ausführung der Axialkolbenmaschine der Erfindung be­ schrieben, wobei als Beispiel eine Axialkolben- Flüssig­ keitspumpe betrachtet wird.

Wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt ist, besitzt ein als erstes Rotationselement dienender Hebel 17 einen konvexen halbkugelförmigen Abschnitt 17a (der im folgenden einfach mit sphärischer Abschnitt bezeichnet wird) und einen Schaftabschnitt 17b, der sich vom Kugelmittelpunkt des sphärischen Abschnitts 17a radial erstreckt. Der Hebel 17 ist drehbar unterstützt, wie später beschrieben wird.

Eine Frontabdeckung 18, ein Zylinderblock 19 und ein Zylinderkopf 20 sind aneinander mittels Befestigungsbol­ zen 21 befestigt, die in ihren äußeren Umfangsabschnitten angeordnet sind, und bilden zusammen mit einer Antriebs­ welle 23, die am Mittelabschnitt des Zylinderblocks 19 über eine Mutter 22 befestigt ist, ein zweites Rotations­ element.

Das zweite Rotationselement ist an zwei Abschnitten, wovon einer ein vorstehender äußerer Abschnitt 18a mit zylindrischer Fläche eines mittigen Endabschnitts der Frontabdeckung 18 ist und der andere die Antriebswelle 23 ist, auf einem inneren Gleitlagerabschnitt 24b eines vorderen Nasenabschnitts 24a eines vorderen Gehäuses 24 bzw. auf einem inneren Umfangsgleitlagerabschnitt 25b einer hinteren Nase 25a eines hinteren Gehäuses 25 dreh­ bar unterstützt.

Das vordere Gehäuse 24 und das hintere Gehäuse 25 sind durch mehrere Bolzen 26 aneinander befestigt und bilden ein Gehäuse.

Es ist ein Mechanismus vorgesehen, der einen Endabschnitt des Schaftabschnitts 17b des Hebels 17 drehbar unter­ stützt und den Neigungswinkel des Schaftabschnitts 17b einstellt. In diesem Mechanismus ist eine sphärische Laufbuchse 27, in die der Schaftabschnitt 17b gleitend eingeschoben ist, in ein Gleitelement 28 drehbar einge­ setzt. Wellenabschnitte 28a, 28b des Gleitelements 28 sind durch ein erstes Führungselement 30 bzw. durch ein zweites Führungselement 31 gleitend unterstützt. Das erste Führungselement 30 und das zweite Führungselement 31 sind am vorderen Nasenabschnitt 24a des vorderen Gehäuses 24 befestigt.

Das erste Führungselement 30 besitzt eine spezielle Schraube 32, die an ihm befestigt ist. Die Schraube 32 besitzt an einem seiner Endabschnitte einen Stiftab­ schnitt 32a. Der Stiftabschnitt 32a ist in eine Keilnut 28c eingesetzt, die im Wellenabschnitt 28a des Gleitele­ ments 28 ausgebildet ist, um eine Drehung des Gleitele­ ments 28 um die Achsen der Wellenabschnitte 28a, 28b zu verhindern. Die sphärische Laufbuchse 27 ist in der Weise einstellbar unterstützt, daß die Position in radialer Richtung des Schaftabschnitts 17b geändert werden kann.

Der sphärische Abschnitt 17a des Hebels 17, der das erste Rotationselement bildet, ist auf einem sphärischen Unter­ stützungsabschnitt 18b der Frontabdeckung 18, die einen Teil des zweiten Rotationselements bildet, drehbar unter­ stützt, während der Schaftabschnitt 17b durch die sphäri­ sche Laufbuchse 27 wie oben erwähnt drehbar unterstützt ist. Da die sphärische Laufbuchse 27 an einer von der Drehachse des zweiten Rotationselements beabstandeten Position angeordnet ist, sind die Drehachse des ersten Rotationselements und die Drehachse des zweiten Rotationselements zueinander geneigt.

Am Hebel 17 ist ein Führungsstift 33 befestigt, der von einer äußeren Umfangsfläche eines scheibenähnlichen Flanschabschnitts 17c, der in der Nähe des sphärischen Abschnitts 17a ausgebildet ist, radial vorsteht. Der Führungsstift 33 ist in eine zylindrische Durchgangsboh­ rung eines rechtwinkligen Blocks 34 drehbar eingesetzt. Der Block 34 besitzt ein Paar paralleler Seitenflächen, die zwischen ein Paar paralleler ebener Abschnitte einer in einem Teil des Umfangsabschnitts der Frontabdeckung 18 ausgebildeten Führungsnut wie in der ersten Ausführung gleitend eingesetzt sind. Dadurch wird ein Rotationssyn­ chronisationsmechanismus für das erste und das zweite Ro­ tationselement geschaffen.

Der Rotationssynchronisationsmechanismus besitzt eine ähnliche Konstruktion wie der in Fig. 2 gezeigte Mecha­ nismus.

Am Flanschabschnitt 17c des Hebels 17 sind an Positionen, die von der Mittelachse des Schaftabschnitts 17b radial beabstandet und in Umfangsrichtung in einer Reihe ange­ ordnet sind, mehrere Kolbenstangen 35, wovon jede sphäri­ sche Enden besitzt, angebracht. Das eine Ende jeder Kolbenstange 35 ist am Flanschabschnitt 17c des Hebels 17 drehbar unterstützt, während das andere Ende der Stange 35 an einem entsprechenden Kolben 36 drehbar angebracht ist.

Der Zylinderblock 19 besitzt mehrere Zylinder 19a, die in ihm in einem radialen Abstand von der Drehachse und in Umfangsrichtung in einer Reihe axial angeordnet sind. Die Kolben 36 sind in die entsprechenden Zylinder 19a glei­ tend eingesetzt.

Ein offenes Ende jedes Zylinders 19a ist durch den Zylin­ derkopf 20 verschlossen, wobei die Zylinder 19a, die Kolben 36 und der Zylinderkopf 20 mehrere Arbeitskammern 37 definieren.

An einer Stirnfläche des Zylinderkopfs 20 sind mehrere radiale Verbindungsnuten 20a ausgebildet, die sich von den offenen Abschnitten der Zylinder 19a zum äußeren Umfang der Antriebswelle 23 erstrecken. In der Antriebs­ welle 23 sind mehrere Verbindungsbohrungen 23a ausgebil­ det, die mit den Verbindungsnuten 20a und mit dem Gleit­ lagerabschnitt 25b des hinteren Gehäuses 25 in Verbindung stehen. In dem Gleitlagerabschnitt 25b des hinteren Gehäuses 25 sind eine Saugnut 25c und eine Fördernut 25d an einer axialen Position ausgebildet, in die ein Ende jeder Verbindungsbohrung 23a mündet, wie in Fig. 5 ge­ zeigt ist. Die Saugnut 25c steht mit einem Sauganschluß 25e in Verbindung, während die Fördernut 25d mit einem Förderanschluß 25f in Verbindung steht.

Der Hebel besitzt eine konkaven sphärischen Abschnitt 17d, der in der Mitte des Flanschabschnitts 17c des Hebels 17 ausgebildet ist, wobei das sphärische Zentrum mit dem Kugelmittelpunkt des sphärischen Abschnitts 17a zusammenfällt. Ein sphärischer Endabschnitt 38a eines Laufbuchsenelements 38 ist in den konkaven sphärischen Abschnitt 17d so eingepaßt, daß es den sphärischen Ab­ schnitt 17a des Hebels 17 auf den sphärischen Unterstüt­ zungsabschnitt 18b der Frontabdeckung 18 preßt, wodurch zwischen dem sphärischen Unterstützungsabschnitt 18b und dem sphärischen Abschnitt 17a stets ein enger Kontakt gehalten werden kann.

Wenn in der obigen Konstruktion gemäß der zweiten Ausfüh­ rung der Erfindung die Antriebswelle 23 zu einer Drehung in der in den Fig. 4 und 6 angegebenen Pfeilrichtung angetrieben wird, drehen sich die Frontabdeckung 18, der Zylinderblock 19 und der Zylinderkopf 20, die das zweite Rotationselement bilden, wodurch der Hebel 17 des ersten Rotationselements gedreht wird, wobei die Drehung des ersten Rotationselements durch den Rotationssynchronisa­ tionsmechanismus mit der Drehung des zweiten Rotations­ elements synchronisiert ist.

Da die Drehachse des ersten Rotationselements und die Drehachse des zweiten Rotationselements relativ zueinan­ der geneigt sind, bewegen sich die Kolben 36, die mit dem Flansch 17c des Hebels 17 über die Kolbenstangen 35 verbunden sind, in den Zylindern 19a hin und her, wobei sie sich zusammen mit dem Zylinderblock 19 drehen.

Die Volumina der durch die Kolben 36 usw. definierten Arbeitskammern 37 sind größer, wenn sich die Arbeitskam­ mern 37 in den Schnittansichten der Fig. 4 und 6 auf der unteren Seite bewegen, und sind kleiner, wenn sich die Arbeitskammern 37 in dieser Schnittansicht auf der oberen Seite bewegen. Da die Öffnungen der Verbindungsbohrungen 23a, die mit den Arbeitskammern 37 über die Verbindungs­ nuten 20a in Verbindung stehen, mit der Saugnut 25c in Verbindung stehen, wenn die Volumina der Arbeitskammern groß sind (auf der unteren Seite in der Schnittansicht in Fig. 4), strömt das Arbeitsfluid aus dem Sauganschluß 25e in die Arbeitskammern 37; da andererseits die Öffnungen der Verbindungsbohrungen 23a dann, wenn die Volumina der Arbeitskammern 37 klein sind (auf der oberen Seite in Fig. 4), mit der Fördernut 25d in Verbindung stehen, wird das Arbeitsfluid aus dem Förderanschluß 25f ausgestoßen, wodurch die Pumpfunktion ausgeführt wird.

In den Fig. 4 und 6 ist die Antriebswelle zum Drehen des ersten und des zweiten Rotationselements durch die An­ triebswelle 23 gegeben, sie kann jedoch auch durch den Schaftabschnitt 17b des Hebels 17 gegeben sein.

In diesen Fällen wird der Druck in den Arbeitskammern 37 über die Kolben 36 und die Kolbenstangen 35 auf den Hebel 17 ausgeübt, die Gegenkraft wird jedoch auf den sphäri­ schen Abschnitt 17a des Hebels 17 vom sphärischen Unter­ stützungsabschnitt 18b der Frontabdeckung 18 ausgeübt, so daß die Kräfte in Schubrichtung ohne irgendeinen weiteren Schubunterstützungsabschnitt im Gleichgewicht sind.

Andererseits wird der Druck der Arbeitskammern 37 über den Zylinderkopf 20, der ein Ende jeder Arbeitskammer 37 verschließt, auch auf die Frontabdeckung 18, den Zylin­ derblock 19, den Zylinderkopf 20 und die Antriebswelle 23, die aneinander befestigt und als Baueinheit ausgebil­ det sind, ausgeübt. Die Gegenkraft vom sphärischen Ab­ schnitt 17a des Hebels 17 wird jedoch auf den sphärischen Unterstützungsabschnitt 18b der Frontabdeckung ausgeübt, so daß die Kräfte in Schubrichtung ohne irgendeinen weiteren Schubunterstützungsabschnitt im Gleichgewicht sind.

Zwischen dem sphärischen Abschnitt 17a und dem sphäri­ schen Unterstützungsabschnitt 18b wirkt eine verhältnis­ mäßig hohe Last. Die Relativbewegung zwischen dem sphäri­ schen Abschnitt 17a und dem sphärischen Unterstützungsab­ schnitt 18b ist jedoch eine Schwenkbewegung mit kleinem Schwenkwinkel, so daß die Gleitgeschwindigkeit und die erzeugte Wärmemenge, die einen mechanischen Reibungsver­ lust und eventuell ein Festfressen hervorruft, gering sind, so daß eine Flüssigkeitspumpe mit hohem Wirkungs­ grad und hoher Zuverlässigkeit geschaffen wird.

Da die Flüssigkeitspumpe ferner außer den sphärischen Unterstützungsabschnitten keinen Schubunterstützungsab­ schnitt besitzt, besteht kein Bedarf an der Verwendung von Rollenlagern, so daß die Pumpe preiswert ist und eine lange Lebensdauer besitzt.

Wie aus dem Vergleich der Fig. 4 und 6 hervorgeht, be­ wirkt in der vorliegenden zweiten Ausführung der Erfin­ dung eine radiale Verschiebung des Gleitelements 28 eine Verschiebung der Position der sphärischen Laufbuchse 27, die einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Schaftab­ schnitt 17b des Hebels 17 und dem Gleitelement 28 bildet, wobei der Neigungswinkel zwischen dem Schaftabschnitt des ersten Rotationselements und der Rotationsachse des zweiten Rotationselements geändert werden kann. Daher kann mit der vorliegenden Ausführung der Erfindung eine Pumpe mit einer Funktion zur variablen Verdrängung oder einer Verdrängungssteuerfunktion geschaffen werden, die die Förderleistung der Pumpe durch Ändern des Kolbenhubs einstellt, wenn dies erforderlich ist.

Wie oben erläutert worden ist, bezieht sich die zweite Ausführung der Erfindung auf eine Flüssigkeitspumpe mit Pumpfunktion, es ist jedoch auch möglich, sie mit der Funktion eines Flüssigkeitsmotors auszustatten.

Wenn nämlich die Saugnut 25c, die als Flüssigkeitszufuhr­ nut dient, mit einem Zufuhranschluß für mit Druck beauf­ schlagtes Fluid anstatt mit dem Sauganschluß 25e verbun­ den wird und wenn die Fördernut 25d, die als Flüssig­ keitsfördernut dient, mit einem Förderanschluß für das mit reduziertem Druck beaufschlagte Fluid anstatt mit dem Förderanschluß 25f verbunden wird, strömt das mit Druck beaufschlagte Fluid in die Arbeitskammern 37 an der Position, an der die Arbeitskammern 37 mit dem mit Druck beaufschlagten Fluid in Verbindung stehen (auf der unte­ ren Seite der Schnittansicht der Fig. 4 und 6; linke Hälfte von Fig. 5), um die Volumina der entsprechenden Arbeitskammern 37 zu erhöhen, so daß die Kolben 36 bewegt werden und die Antriebswelle 23, die als Abtriebswelle dient, in den Fig. 4 und 6 in Pfeilrichtung drehen.

Zu diesem Zeitpunkt werden die Volumina der Arbeitskam­ mern 37 in der Position, in der die Arbeitskammern 37 mit dem mit Druck beaufschlagten Fluid in Verbindung stehen (auf der oberen Seite der Schnittansicht in den Fig. 4 und 6; rechte Hälfte von Fig. 5) reduziert, so daß die Kolben 36 das mit reduziertem Druck beaufschlagte Fluid aus den Kammern ausstoßen. Da die Energie, die durch die Beaufschlagung der Kolben 36 mit dem mit Druck beauf­ schlagten Fluid erhalten wird, größer als die Energie ist, die durch die Druckbeaufschlagung des mit dem redu­ zierten Druck beaufschlagten Fluids durch die Kolben 36 erhalten wird, kann die Energiedifferenz an der Abtriebs­ welle der Welle 23 abgegriffen werden. Die Abtriebswelle kann der Schaftabschnitt 17b des Hebels 17 sein.

Wenn die Erfindung auf den Flüssigkeitsmotor angewendet wird, ist somit auch die erzeugte Wärmemenge, die einen mechanischen Reibungsverlust und eventuell ein Festfres­ sen hervorruft, klein, kann eine Maschine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit geschaffen werden, die zudem preiswert ist und eine lange Lebensdauer be­ sitzt, da sie keinen Rotationsunterstützungsabschnitt aufweist, auf den eine verhältnismäßig große Schublast ausgeübt wird, und da die Verwendung von Rollenlagern nicht notwendig ist; gleiches gilt auch für die Axial­ kolbenmaschine gemäß der zweiten Ausführung der Erfin­ dung.

Weiterhin ist es möglich, eine Funktion zum Einstellen der Ausgangsleistung des Flüssigkeitsmotors durch Verän­ dern des Kolbenhubs je nach Anforderung hinzuzufügen, wobei gleiches auch für die zweite Ausführung der Erfin­ dung gilt.

In der Axialkolbenmaschine, die entweder als Flüssigkeitspumpe, die durch axiale Hin- und Herbewegung von Kolben Fluid mit Druck beaufschlagt und transpor­ tiert, oder aber als Flüssigkeitsmotor dient, der unter Verwendung einer mit Druck beaufschlagten Flüssigkeit Leistung entnimmt, können erfindungsgemäß ein mechani­ scher Reibungsverlust und die Erzeugung von Reibungswärme aufgrund einer verhältnismäßig hohen Last in Schubrich­ tung reduziert werden, außerdem kann die Verwendung von Teilen wie etwa von Schubrollenlagern vermieden werden, so daß Axialkolbenmaschinen mit hohem Wirkungsgrad, hoher Zuverlässigkeit, langer Lebensdauer und niedrigem Preis geschaffen werden können. Ferner können die Maschinen ohne weiteres mit einer Funktion wie etwa einer Verdrän­ gungssteuerung usw. ausgestattet werden.

Claims (15)

1. Axialkolbenmaschine, mit
einem ersten Element (1) und einem zweiten Ele­ ment (2, 9, 10, 14), die so angeordnet sind, daß das erste Element (1) relativ zum zweiten Element (2, 9, 10, 14) schwenken kann, um eine relative Schwenkbewegung auszuführen,
mehreren Kolben (8), die in mehrere Zylinder (9a) eingesetzt sind, die im zweiten Element (9) ausgebildet sind, wobei die Kolben (8) mit dem ersten Element (1) in der Weise in Eingriff sind, daß die mehreren Kolben (8) durch die relative Schwenkbewegung in den Zylindern (9a) hin und her bewegt werden, und
einem Schwenkmechanismus (3) zum relativen Schwenken des ersten Elements (1) zum zweiten Element (2, 9, 10, 14), dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Element (1) und das zweite Element (2, 9, 10, 14) einen Kopplungsabschnitt (1a, 2a) besitzen, der entweder das erste Element (1) oder das zweite Ele­ ment (2, 9, 10, 14) an einen Punkt des jeweils anderen Elements in der Weise bindet, daß es um diesen Punkt universell drehbar ist, und
der Schwenkmechanismus (3) einen Relativumlaufme­ chanismus enthält, der das erste Element (1) und/oder das zweite Element (2, 9, 10, 14) in der Weise umlaufen läßt, daß die relative Schwenkbewegung zwischen dem ersten Element (1) und dem zweiten Element (2, 9, 10, 14) ge­ schaffen wird, wodurch die Kolben (8) hin und her bewegt werden.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Element (1) und das zweite Element (2, 9, 10, 14) ein sphärischen Abschnitt (1a) bzw. einen sphärischen Unterstützungsabschnitt (2a) besitzen, die zusammen einen sphärischen Anschlag bilden, längs dessen das erste Element (1) und das zweite Element (2, 9, 10, 14) relativ zueinander gleiten können, und
das zweite Element (2, 9, 10, 14) die von den Kolben (8) auf das erste Element (1) ausgeübte Gegenkraft aufnimmt.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Element (1) den sphärischen Abschnitt (1a), einen Schaftabschnitt (1b), der sich von der sphä­ rischen Oberfläche des sphärischen Abschnitts (1a) radial nach außen in einer Richtung erstreckt, die durch den Kugelmittelpunkt der sphärischen Oberfläche verläuft, sowie auf der der sphärischen Oberfläche gegenüberliegen­ den Seite einen Kolbeneingriffabschnitt enthält, und
der Relativumlaufmechanismus den Schaftabschnitt (1b) des ersten Elements (1) in der Weise umlaufen läßt, daß der Kolbeneingriffabschnitt des ersten Elements (1) relativ zum zweiten Element (2, 9, 10, 14) eine Schwenk­ bewegung ausführt.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
der Relativumlaufmechanismus eine Drehwelle umfaßt, die mit dem Schaftabschnitt (1b) des ersten Elements (1) in der Weise in Eingriff ist, daß die Dreh­ achse der Drehwelle in bezug auf die Achse des Schaftab­ schnitts (1b) des ersten Elements (1) exzentrisch ist, und
die Drehung der Drehwelle den Eingriffabschnitt des Schaftabschnitts (1b) des ersten Elements (1) umlau­ fen läßt.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Drehwelle an einem ihrer Enden einen Hohl­ zylinderabschnitt (2b) besitzt, der die Drehwelle drehbar und gleitend unterstützt, und
der Eingriffabschnitt durch eine relative axiale Verschiebung der Drehwelle in bezug auf den Schaftab­ schnitt (1b) des ersten Elements (1) einstellbar ist.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Element (1) den sphärischen Abschnitt (1a), einen Schaftabschnitt (1b), der sich von einer sphärischen Oberfläche des sphärischen Abschnitts (1a) radial nach außen in einer Richtung erstreckt, die durch den Kugelmittelpunkt der sphärischen Oberfläche verläuft, sowie an der der sphärischen Oberfläche gegenüberliegen­ den Seite einen Kolbeneingriffabschnitt enthält,
der Relativumlaufmechanismus eine Rotationsein­ richtung zum Drehen des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (2, 9, 10, 14) um ihre jeweiligen Achsen unter einem Neigungswinkel zwischen den Achsen des ersten Elements (1) und des zweiten Elements (2, 9, 10, 14) sowie ein Führungselement (4) enthält, das den Schaftab­ schnitt (1b) des ersten Elements (1) unter Konstanthal­ tung des Neigungswinkels drehbar unterstützt und
der Kolbeneingriffabschnitt relativ zum zweiten Element (2, 9, 10, 14) schwenkt.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Rotationseinrichtung eine Drehwelle ist, die entweder mit dem ersten Element (1) oder mit dem zweiten Element (2, 9, 10, 14) fest verbunden ist, um das erste Element (1) bzw. das zweite Element (2, 9, 10, 14) zu drehen, und
das Führungselement (4) in radialer Richtung des Schaftabschnitts (1b) des ersten Elements (1) einstellbar ist, wodurch der Neigungswinkel zwischen dem ersten Element (1) und dem zweiten Element (2, 9, 10, 14) verän­ derbar ist.

8. Axialkolbenmaschine, gekennzeichnet durch
einen Hebel (1) mit einer Mittelachse, der einen sphärischen Abschnitt (1a) mit einer sphärischen Oberflä­ che, deren Kugelmittelpunkt auf der Mittelachse des Hebels (1) liegt, sowie einen Schaftabschnitt (1b) ent­ hält, der sich von der sphärischen Oberfläche nach außen und in einer Richtung erstreckt, die durch den Kugelmit­ telpunkt verläuft,
mehrere Kolben (8), wovon jeder auf einer der sphärischen Oberfläche des Hebels (1) gegenüberliegenden Seite mit dem Hebel (1) verbunden ist,
ein festes Element (2) mit einer Mittelachse, das mehrere Zylinder (9a), die in ihm ausgebildet und sowohl von der Mittelachse als auch voneinander beabstandet sind, einen sphärischen Unterstützungsabschnitt (2a), der den sphärischen Abschnitt (1a) des Hebels (1) gleitend unterstützt, und einen Lagerabschnitt (2c) enthält, der den Schaftabschnitt (1b) des Hebels (1) umgibt, wobei die mehreren Kolben (8) in entsprechende Zylinder (9a) glei­ tend eingesetzt sind, und
ein Rotationselement (3), das in den Lagerab­ schnitt (2c) des festen Elements (2) drehbar eingesetzt ist und mit dem Schaftabschnitt (1b) des Hebels (1) gleitend und drehbar in der Weise verbunden ist, daß eine Drehachse des Rotationselements (3) zur Mittelachse des Schaftabschnitts (1b) des Hebels (1) exzentrisch ist, wobei eine Drehung des Rotationselements (3) eine Schwenkbewegung des sphärischen Abschnitts (1a) relativ zum festen Element (2) hervorruft und die Schwenkbewegung des sphärischen Abschnitts (1a) des Hebels (1) die Kolben (8) hin und her bewegt.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle (3) gleiten kann, um den Abstand zwischen dem Kugelmittelpunkt und einem Eingriffabschnitt der Drehwelle (3) mit dem Schaftabschnitt (1b) des Hebels (1) zu ändern, wodurch der Neigungswinkel zwischen den Mittelachsen des Hebels (1) und des festen Elements (2) geändert wird, so daß die Hübe der Kolben (8) geändert werden.

10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotationsverhinderungsmechanismus (5, 6) vorgesehen ist, der eine Drehung des Hebels (1) um seine Mittelachse verhindert.

11. Axialkolbenmaschine, mit
einem ersten Rotationselement (17) und einem zweiten Rotationselement (18, 19, 20), die zueinander geneigte Mittelachsen besitzen und um diese Mittelachsen drehbar sind, wobei das zweite Rotationselement (18, 19, 20) mehrere Zylinder (19a) enthält, die in ihm parallel zu seiner Mittelachse und sowohl von der Mittelachse als auch voneinander beabstandet ausgebildet sind,
mehreren Kolben (36), die in entsprechende Zylin­ der (19a) eingesetzt und mit dem ersten Rotationselement (17) mechanisch verbunden sind, und
einem Mechanismus (23, 24, 25) zum Schwenken des ersten Rotationselements (17) relativ zum zweiten Rotationselement (18, 19, 20), um so die mehreren Kolben (36) in den Zylindern (19a) hin und her zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß
sowohl das erste Rotationselement (17) als auch das zweite Rotationselement (18, 19, 20) einen sphäri­ schen Abschnitt (17a; 18b) besitzt, die zusammen einen sphärischen Anschlag bilden, längs dessen das erste Rotationselement (17) und das zweite Rotationselement (18, 19, 20) relativ zueinander gleiten können,
der Kugelmittelpunkt jedes sphärischen Abschnitts (17a; 18b) im Schnittpunkt der Mittelachsen des ersten Rotationselements (17) bzw. des zweiten Rotationselements (18, 19, 20) liegt,
das zweite Rotationselement (18, 19, 20) das erste Rotationselement (17) in Richtung der Mittelachse des zweiten Rotationselements (18, 19, 20) unterstützt und
der Mechanismus zur Erzeugung einer relativen Schwenkbewegung eine Rotationseingangswelle (23), die das erste Rotationselement (17) und das zweite Rotations­ element (18, 19, 20) um ihre jeweiligen Mittelachsen dreht, sowie ein festes Element (24, 25) enthält, das das erste Rotationselement (17) drehbar in der Weise unter­ stützt, daß der Neigungswinkel konstant gehalten wird, wobei sich das erste Rotationselement (17) drehen kann, wodurch das erste Rotationselement (17) auf dem zweiten Rotationselement (18, 19, 20) längs des sphärischen Anschlags gleitet und relativ zum zweiten Rotationsele­ ment (18, 19, 20) schwenkt.

12. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotationssynchronisationsmechanismus (33, 34) vorgesehen ist, der die Drehung des ersten Rotationsele­ ments (17) mit der Drehung des zweiten Rotationselements (18, 19, 20) synchronisiert.

13. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zylinder (19a) in Umfangsrichtung in einer Reihe angeordnet und voneinander beabstandet sind und
die Zylinder (19a) mit den Kolben (36) und einem Element (20), das mit dem sphärischen Abschnitt (18b) des zweiten Rotationselements (18, 19, 20) in Baueinheit ausgebildet ist, Arbeitskammern (37) definieren.

14. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
der Schaftabschnitt (17b) des ersten Rotations­ elements (17) vom sphärischen Abschnitt (17a) axial getrennt ist und an zwei Abschnitten des sphärischen Anschlags unterstützt ist, und
der Schaftabschnitt (17b) vom festen Element (24, 25) drehbar unterstützt ist.

15. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Element (24, 25), das den Schaftab­ schnitt (17b) des ersten Rotationselements (17) drehbar unterstützt, in einer zur Mittelachse des zweiten Rotationselements (2, 9, 10, 14) senkrechten Richtung einstellbar ist, wodurch der Neigungswinkel geändert wird, so daß die Hübe der Kolben (36) geändert werden.