DE19910659A1 - Hydraulische Kolbenmaschineneinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kolbenmaschineneinheit, bestehend aus zwei oder mehreren hydraulischen Maschinen (1a, 1b) mit drehbar gelagerten Triebwellen (2a, 2b), die koaxial zueinander angeordnet sind und durch eine Kupplungsvorrichtung (7) mit einer Kupplungshülse (8) gekuppelt sind, die Aufnahmelöcher (21, 22) aufweist, in denen die Kupplungsenden (6a, 6b) der Triebwellen (2a, 2b) jeweils durch eine Drehmitnahmeverbindung (17, 18) drehgesichert sitzen. Zwecks Verringerung der auf die Triebwellen (2a, 2b) wirksamen Biegebelastungen ist mit Ausnahme im Bereich des Aufnahmelochrandes (21a, 22a) ein Freiraum (29) zwischen dem zugehörigen Kupplungsende (6a, 6b) und der Wandung des Aufnahmelochs (21, 22) im Bereich eines oder beider Aufnahmelöcher (21, 22) angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Maschineneinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 6.

Es ist ein Merkmal einer solchen hydraulischen Maschineneinheit, daß zwei oder mehrere hydraulische Maschinen bei koaxialer Anordnung ihrer Triebwellen miteinander verbunden sind, wobei die Triebwellen jeweils durch ein Kupplungsstück drehfest miteinander verbunden sind.

[Stand der Technik]

Eine hydraulische Maschineneinheit der eingangs angegebenen Art ist in der DE 195 36 997 C1 beschrieben. Bei dieser bekannten Ausgestaltung sind die beiden koaxial zueinander angeordneten Triebwellen der jeweils direkt miteinander verbundenen hydraulischen Maschinen mittels eines Kupplungsstücks formschlüssig miteinander gekoppelt, wobei die formschlüssige Verbindung z. B. durch eine Paßfeder an der jeweiligen Triebwelle und eine diese aufnehmende Längsnut im Kupplungsstück gebildet sein kann.

Die üblichen Bauweisen von Axialkolbenmaschinen lassen sich in Hauptgruppen unterteilen, nämlich in sogenannte Schrägscheibenmaschinen oder Taumelscheibenmaschinen, bei denen zwischen einem die axialen Kolben in Kolbenbohrungen aufweisenden Zylinderblock und einer die Kolben axial abstützenden Schrägscheibe eine relative Rotationsbewegung stattfindet und sogenannte Schiefachsenmaschinen, bei denen die Mittelachse des Zylinderblocks schräg zur Drehachse der hydraulischen Maschine angeordnet ist und um diese Drehachse drehbar gelagert ist.

Bei beiden Arten von Axialkolbenmaschinen unterliegt die Triebwelle im Funktionsbetrieb beträchtlichen Querbelastungen, die sie zu verbiegen suchen. Diese Querbelastungen wirken nicht nur auf die Lager der Triebwelle, sondern sie wirken nach dem Hebelprinzip auch auf die Kupplungsstelle der Triebwellen, wobei quer gerichtete Zwangskräfte entstehen, die im Extremfall das schwächste Bauteil in dieser Lager- und Kupplungsanordnung wegen zu hoher Umlaufbiegebelastung beschädigen und brechen können.

Zunächst wird zum besseren Verständnis der Erfindung eine hydraulische Maschineneinheit der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bwz. 6 beschriebenen Art anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben.

Die in Fig. 1 allgemein mit 1 bezeichnete hydraulische Maschineneinheit besteht aus zwei hydraulischen Maschinen 1a, 1b, insbesondere Pumpen, jeweils mit einer drehbar gelagerten Triebwelle 2a, 2b, die jeweils in einem zugehörigen Gehäuse 3a, 3b in Lagern, insbesondere Wälzlagern 4 drehbar gelagert sind, von denen nur ein Wälzlager 4 sichtbar dargestellt ist. Die Gehäuse 3a, 3b bestehen jeweils aus einem topfförmigen Gehäuseteil 3c, 3d, das durch einen flachen Deckel 3e, 3f verschlossen ist, z. B. mittels nicht dargestellten Schrauben, wie es an sich bekannt ist. Dabei kann die Bodenwand 3g des Gehäuses 3b mit dem Deckel 3e des ersten Gehäuses 3a verbunden sein. Beide Triebwellen 2a, 2b durchsetzen die zugehörige Bodenwand 3g, 3h in einem Durchführungsloch 5a, 5b, wobei die Triebwelle 2b der in Fig. 1 rechten Maschine 1b sich mit einem Kupplungsende 6a, 6b in den Deckel 3e der linken Maschine 1a hinein erstreckt, wo sie durch eine Kupplungsvorrichtung 7 mit einer Kupplungsnabe bzw. -hülse 8 mit der Triebwelle 2a der linken Maschine 1a drehfest verbunden ist. Das in Fig. 1 aus dem Gehäuse 3b herausragende Ende der Triebwelle 2b ist ein insbesondere zylindrisches Abtriebsende mit einem Drehmitnahme- Kupplungsteil, z. B. mit einer in einer Nut sitzenden Paßfeder 9.

Die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel als Schrägscheibenmaschinen ausgebildeten Axialkolbenmaschinen weisen jeweils eine Schrägscheibe 11a, 11b, einen Zylinderblock 12a, 12b, in dem um die Drehachse 13 der Triebwellen 2a, 2b verteilt angeordnete Kolben in Kolbenbohrungen verschiebbar gelagert und an der zugehörigen Schrägscheibe 11a, 11b abgestützt sind, und eine Steuerscheibe 14a, 14b jeweils mit zwei einander gegenüberliegenden nierenförmigen Steuerschlitzen auf, an der der zugehörige Zylinderblock 12a, 12b mit Zu- und Abführungskanälen anliegt, wobei seine Steuerschlitze mit den Steuernieren korrespondieren, und jeweils mit weiterführenden Zu- und Abführungsleitungen verbunden sind, wie es an sich üblich ist und deshalb aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.

Die in Fig. 2 vergrößert dargestellte Kupplungshülse 8 steht in fester Drehmitnahmeverbindung 17, 18 zum einen mit dem vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Kupplungsende 6b der Triebwelle 2b und zum anderen mit dem insbesondere als Vielkeilwelle 19 ausgebildeten Kupplungsende 6a der Triebwelle 2a. Die Vielkeilwelle 19 weist eine zylindrische Grundform auf und greift mit ihrer Mehrzahl leistenförmiger Keile 19a in passende Nuten 19b im zugehörigen Vielkeilloch 21 der Kupplungshülse 8. Die Vielkeilwelle 19 und das Vielkeilloch 21 sind im Sinne einer Passung aneinander angepaßt, so daß das vorhandene Bewegungsspiel sehr gering ist. Letzteres gilt auch für die Drehmitnahmeverbindung 18, bei der die Kupplungshülse 8 das vorzugsweise zylindrische Kupplungsende 6b in einer Bohrung 22 schließend aufnimmt, wobei die Paßfeder 9 in einer ersten Nut 25 im Kupplungsende 6b sitz und in eine zweite Nut 26 in der Innenwand der Bohrung 22 einfaßt.

Fig. 3 zeigt in einer stark übertriebenen Darstellung eine Belastungssituation der Triebwellen 2a, 2b und der Kupplungsvorrichtung 7, wobei die mit 27a, 27b bezeichneten Pfeile aus dem Antrieb resultierende, quer zur Drehachse 13 gerichtete Biegekräfte darstellen, die mit 28a, 28b bezeichneten Pfeile Lagerkräfte darstellen und die mit 29a bis 29d bezeichneten Pfeile Biegekräfte im Bereich der Kupplungshülse 8 darstellen, die die zugehörigen Kupplungsenden 6a, 6b zusätzlich belasten. Die zuletzt genannten Belastungen der Kupplungsenden 6a, 6b sind nicht nur Scherbeanspruchungen, sondern ebenfalls Biegebeanspruchungen, die dadurch hervorgerufen werden, daß die Kupplungsenden 6a, 6b der übrigen Biegung der Triebwellen 2a, 2b nicht folgen können, da sie durch die Kupplungshülse 8 darin gehindert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer hydraulischen Maschineneinheit die Biegebelastungen der Triebwellen zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 6 gelöst.

Beiden erfindungsgemäßen Lösungen liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Biegebelastungen der Triebwellen zum einen auf der grundsätzlich vorhandenen radialen Belastung und zusätzlich aufgrund des Hebelgesetzes auf zwei axial voneinander beabstandeten radialen Fixpunkten im Bereich der Kupplung beruhen, und dann, wenn einer dieser Fixpunkte unwirksam gemacht wird, die Biegebelastungen wesentlich reduziert werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 1 stehen wenigstens eine Triebwelle und das zugehörige Kupplungsstück in radialer Richtung relativ zueinander beweglich miteinander in Verbindung. Hierdurch entfällt im Bereich des radialen Kupplungsstücks ein Widerstand gegen eine radiale Bewegung der zugehörigen Antriebswelle, so daß aufgrund des Wegfalls dieses Widerstandes die Biegebelastungen im Bereich der Lager der zugehörigen Triebwelle wesentlich verringert wird.

Die vorgenannten Vorteile lassen sich auch mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach Anspruch 6 erreichen, bei der aufgrund der möglichen Gelenkbeweglichkeit im Bereich des Kupplungsstücks die Flexibilität der Triebwellen vergrößert ist, was sich günstig auf die Antriebswellenlagerung auswirkt und deren radiale Belastung im Funktionsbetrieb ebenfalls vermindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und zusätzlichen Zeichnungen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Maschineneinheit der bekannten Art in der Seitenansicht, teilweise geschnitten;

Fig. 2 die in Fig. 1 mit X gekennzeichnete Einzelheit in vergrößerter Einzelteil-Darstellung;

Fig. 3 die beiden Triebwellen der in Fig. 1 dargestellten hydraulischen Maschineneinheit in einem übertrieben dargestellten Belastungszustand.

Fig. 4 die zwei mit einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung gekoppelten Triebwellen im Belastungszustand der hydraulischen Maschineneinheit;

Fig. 5 die Triebwellen und die Kupplungsvorrichtung nach Fig. 4 in abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 6 die Triebwellen und die Kupplungsvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung;

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung in weiter abgewandelter Ausgestaltung im Längsschnitt.

Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 4, das auf den vorbeschriebenen bekannten Ausgestaltungen aufbaut, und bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind die Aufnahmelöcher 21, 22 in der Kupplungshülse 8 für die Kupplungsenden 6a, 6b jeweils vom mit 21a, 22a bezeichneten Lochrand ausgehend allseitig nach innen divergent geformt, so daß mit Ausnahme im Bereich der Lochränder 21a, 22a ein Freiraum 31 das zugehörige Kupplungsende 6a, 6b umgibt. Hierdurch ergibt sich ein allseitiges Pendelspiel für die Kupplungsenden 6a, 6b in den Aufnahmelöchern 21, 22 bzw. für die Kupplungshülse 8 auf dem jeweiligen Kupplungsende 6a, 6b. Dabei ist jedoch die Halterung und Positionierung der Kupplungshülse 8 auf den Wellenenden 6a, 6b gewährleistet, da im Bereich der Lochränder 21a, 22a die Kupplungsenden 6a, 6b mit geringem. Bewegungsspiel eng umschlossen werden, wodurch die Kupplungshülse 8 auf den Kupplungsenden 6a, 6b positioniert bleibt. Im Funktionsbetrieb der hydraulischen Maschinen 1a, 1b können die Kupplungsenden 6a, 6b einer durch die Biegekräfte gemäß den Pfeilen 27a, 27b hervorgerufenen Ausbiegung der Triebwellen 2a, 2b in einem kleinen Bereich folgen, ohne daß sie an der Innenwand der Kupplungshülse 8 Gegendruck erhalten. Hieraus resultiert eine wesentlich geringere Belastung sowohl für die Triebwellen 2a, 2b selbst, als auch für deren Lager 4, wodurch die Funktionssicherheit und Lebensdauer der Maschinen 1a, 1b vergrößert und Verschleiß und Laufgeräusche vermindert werden. Diese Vorteile gelten auch dann, wenn nur eine der beiden Triebwellen 2a, 2b unter Lastbeanspruchungen steht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dadurch, daß nicht die Aufnahmelöcher 21, 22 nach innen divergent, sondern die Kupplungsenden 6a, 6b nach innen konvergent, insbesondere kegelförmig, ausgebildet sind. Dies hat den Vorteil, daß die Aufnahmelöcher 21, 22 prismatisch und somit einfacher und kostengünstiger hergestellt werden können, wobei zu berücksichtigen ist, daß eine Formgebung in einem Loch schwieriger und aufwendiger herzustellen ist als außen an einer Welle. Im übrigen werden bei diesen Ausführungsbeispielen die gleichen Vorteile erreicht.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4 und 5 dadurch, daß die Drehmitnahmeverbindung 17 der Ausgestaltung nach Fig. 5 entspricht und die Drehmitnahmeverbindung 18 der Ausgestaltung nach Fig. 4 entspricht. Da diese Ausgestaltungen bereits beschrieben worden sind, bedarf es keiner Wiederholung, und es wird auf diese Ausgestaltungen im folgenden Umfang Bezug genommen.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7, bei dem gleiche oder vergleichbare Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist eines der beiden Kupplungsenden 6a, 6b oder sind beide Kupplungsenden 6a, 6b wenigstens im Bereich ihres Eingriffs mit dem Aufnahmeloch 21, 22 im Sinne einer Kugel oder Kugelzone 32 konvex geformt, wobei die Innenwand des zugehörigen Aufnahmelochs 21 bzw. 22 entsprechend kugel- oder kugelzonenförmig geformt ist. Die zugehörige Drehmitnahmeverbindung 17, 18 ist jeweils durch einen oder mehrere auf dem Umfang verteilt angeordnete Paßfedern 33 gebildet, der bzw. denen in der konkav geformten Aufnahmeloch-Innenwand jeweils eine Nut 34 mit geringem Bewegungsspiel zugeordnet ist, die entsprechend der Kugelkrümmung gekrümmt verlaufen kann oder sich auch gerade erstrecken kann.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist ebenfalls eine Pendelbewegung des oder der Kupplungsenden 6a, 6b in der Kupplungshülse 8 auf dem oder den Enden 6a, 6b gewährleistet, so daß die eingangs beschriebenen Spannungen und daraus resultierenden zusätzlichen Beanspruchungen vermieden sind.

Im Rahmen der Erfindung wird bereits dann eine Verbesserung erzielt, wenn nur eine der beiden Drehmitnahmeverbindungen 17, 18 im Sinne der erfindungsgemäßen Lösungen ausgebildet ist. Bereits hierdurch ergibt sich ein allseitig wirksames Gelenk, das die angestrebte Nachgiebigkeit und Flexibilität ermöglicht. Wenn beide Drehmitnahmeverbindungen 17, 18 erfindungsgemäß ausgebildet sind, ergibt sich ein Doppelgelenk, durch das die Nachgiebigkeit und Flexibilität bei Aufrechterhaltung der Drehmitnahmefunktion noch weiter vergrößert ist.

Eine vorteilhafte Detailausgestaltung, die die Herstellung und Montage der Drehmitnahmeverbindung nach Fig. 7 vereinfacht, besteht darin, die Kupplungshülse 8 im Bereich des zugehörigen Äquators 35 der Kugelzone 32 zu teilen, siehe Teilungsfuge 36, und die Teile lösbar miteinander zu verbinden, z. B. durch Schrauben 37, was andeutungsweise dargestellt ist.

Im Gegensatz zur Ausgestaltung nach Fig. 4 bis 6, bei der zwischen den Kupplungsenden 6a, 6b und der Kupplungshülse 8 eine linienförmige Berührung besteht, ermöglicht die Ausgestaltung nach Fig. 7 eine Flächenberührung, wodurch der Verschleiß verringert und die Lebensdauer verlängert werden.

Dabei können die Maschinen 1a, 1b bezüglich ihres Durchsatzvolumens einstellbar sein, wozu von außen zugängliche Verstellvorrichtungen 38a, 38b dienen können, die in Fig. 1 andeutungsweise dargestellt sind. Einer Beschreibung dieser Verstellvorrichtungen 38a, 38b im einzelnen bedarf es nicht, da es sich um eine, an sich bekannte Ausgestaltung handelt.

Es ist im Rahmen der Erfindung auch möglich, eine Nachgiebigkeit und Flexibilität der Kupplungsvorrichtung 7 dadurch zu erzielen, daß wenigstens ein Innenwandbereich der Aufnahmelöcher 21, 22 oder die Kupplungshülse 8 insgesamt aus elastisch nachgiebigem Material, wie z. B. Gummi oder Kunststoff, hergestellt wird. Bei einer solchen Ausgestaltung werden grundsätzlich die gleichen Vorteile erreicht, wobei nur eine Drehmitnahmeverbindung 17 oder 18 oder vorzugsweise beide Drehmitnahmeverbindungen 17, 18 entsprechend elastisch nachgiebig ausgebildet sein können. Dies gilt bei allen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen. 1 Hydraulische Maschineneinheit
1a Hydraulische Maschine
1b Hydraulische Maschine
2a Triebwelle
2b Triebwelle
3a Gehäuse
3b Gehäuse
3c Gehäuseteil
3d Gehäuseteil
3e Deckel
3f Deckel
3g Bodenwand
3h Bodenwand
4 Wälzlager
5a Durchführungsloch
5b Durchführungsloch
6b Kupplungsende
6b Kupplungsende
7 Kupplungsvorrichtung
8 Kupplungshülse
9 Paßfeder
11a Schrägscheibe
11b Schrägscheibe
12a Zylinderblock
12b Zylinderblock
13 Drehachse
14a Steuerscheibe
14b Steuerscheibe
17 Drehmitnahmeverbindung
18 Drehmitnahmeverbindung
19 Vielkeilwelle
19a Keile
21 Aufnahmeloch
21a Aufnahmelochrand
22 Aufnahmeloch
22a Aufnahmelochrand
25 Nut
26 Nut
27a Biegekraft
27b Biegekraft
28a Lagerkraft
28b Lagerkraft
2% Biegekraft
29b Biegekraft
29c Biegekraft
29d Biegekraft
31 Freiraum
32 Kugelzone
33 Paßfeder
34 Nut
35 Äquator
36 Teilungsfuge
37 Schrauben

Claims (10)

1. Hydraulische Kolbenmaschineneinheit, bestehend aus zwei oder mehreren hydraulischen Maschinen (1a, 1b) mit drehbar gelagerten Triebwellen (2a, 2b), die koaxial zueinander angeordnet sind und durch eine Kupplungsvorrichtung (7) mit einer Kupplungshülse (8) gekuppelt sind, die Aufnahmelöcher (21, 22) aufweist, in denen Kupplungsenden (6a, 6b) der Triebwellen (2a, 2b) jeweils durch eine Drehmitnahmeverbindung (17, 18) drehgesichert sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß mit Ausnahme im Bereich des Aufnahmelochrandes (21a, 22a) ein Freiraum (31) zwischen dem zugehörigen Kupplungsende (6a, 6b) und der Wandung des Aufnahmelochs (21, 22) im Bereich zumindest eines der Aufnahmelöcher (21, 22) vorgesehen ist.

2. Hydraulische Maschineneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Aufnahmelöcher (21, 22) nach innen divergent geformt ist bzw. sind.

3. Hydraulische Maschineneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Kupplungsenden (6a, 6b) eine zylindrische Grundform bzw. eine prismatische Form aufweisen.

4. Hydraulische Maschineneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Kupplungsenden (6a, 6b) nach innen konvergent, insbesondere kegelstumpfförmig, geformt ist bzw. sind.

5. Hydraulische Maschineneinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Aufnahmelöcher (21, 22) eine im wesentlichen zylindrische oder prismatische Form aufweisen.

6. Hydraulische Kolbenmaschineneinheit, bestehend aus zwei oder mehreren hydraulischen Maschinen (1a, 1b) mit drehbar gelagerten Triebwellen (2a, 2b), die koaxial zueinander angeordnet sind und durch eine Kupplungsvorrichtung (7) mit einer Kupplungshülse (8) gekuppelt sind, die Aufnahmelöcher (21, 22) aufweist, in denen Kupplungsenden (6a, 6b) der Triebwellen (2a, 2b) jeweils durch eine Drehmitnahmeverbindung (17, 18) drehgesichert sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder beide Aufnahmelöcher (21, 22) jeweils eine kugelabschnittförmige Form aufweisen und das jeweils zugehörige Kupplungsende (6a, 6b) entsprechend kugelabschnittförmig geformt ist und mit geringem Bewegungsspiel im zugehörigen Aufnahmeloch (21, 22) aufgenommen ist.

7. Hydraulische Maschineneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmitnahmeverbindung (17, 18) zwischen einem oder beiden Kupplungsenden (6a, 6b) und der Kupplungshülse (8) durch eine Paßfeder-Verbindung gebildet ist.

8. Hydraulische Maschineneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmitnahmeverbindung (17, 18) zwischen einem oder beiden Kupplungsenden (6a, 6b) und der Kupplungshülse (8) durch eine Vielkeilverbindung gebildet ist.

9. Hydraulische Maschineneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwandbereich eines oder beider Aufnahmelöcher (21, 22) und/oder der Außenwandbereich eines oder beider Kupplungsenden (6a, 6b) aus elastischem Material, insbesondere Kunststoff oder Gummi, besteht.

10. Hydraulische Maschineneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshülse (8) insgesamt aus elastisch komprimierbarem Material besteht.