DE2102000A1 - Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

• Axialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine enthaltend eine Welle mit einem Uriebflansch, einen in einem Schwenkrahmen gegen die Welle verschwenkbaren Zylinderblock, Axialkolben, die in dem Zylinderblock geführt und über Kolbenstangen gelenkig mit dem Triebflansch verbunden sind, und eine Antriebsverbindung zwischen riebflansch und Zylinderblock in Form gegeneinander verschwenkbar, ineinandergreifender Zahnkränze.
• Der Ausdruck"Axialkolbenmaschinesoll dabei Motoren und Pumpen erfassen. Bei Axialkolbenmaschinen der eingangs erwähnten Art handelt es sich um sogenannte "Axialkolbenmaschinen mit Drehmomententwicklung an der Hubscheibe". Das Drehmoment, welches bei einem Motor durch den Öldruck erzeugt wird, und von einer Pumpe in Öldruck umgesetzt wird, wird an der Hubscheibe, also dem Triebflansch, entwickelt, während der Zylinderblock lediglich mitgenommen zu werden braucht mit einem Drehmoment, welches ausreicht, die Reibung zu überwinden. Maschinen dieser Art haben wesentliche Vorteile: Es ist eine Winkelverstellung zwischen Hubscheibe und Zylinderblock in einem relativ großen Bereich möglich.
• Außerdem ist es möglich, den Winkel bis auf verhältnismäßig kleine Werte (bis etwa 50) zurückzustellen, ohne daß eine unerwünschte Wirkungsgradeinbuße eintritt.
• Die Mitnahme des Zylinderblocks durch die Hubscheibe erfolgt bei bekannten Axialkolbenmaschinen der eingangs erwähnten Art über die Kolbenstangen. Es ist weiterhin bekannt, den Zylinderblock über Kreuzgelenke mitzunehmen. Diese Art der Mitnahme führt zu konstruktiven Schwierigkeiten, wenn man zu großen Schwenkwinkeln übergeht, die beispielsweise über 25 bis 300 hinausgehen. Eine Schwenkung auf große Winkel ist wegen der elliptischen Projektion des Hubkreises auf den Zylinderblock mit Schwenkwinkeln von etwa 300 begrenzt. Die axiale Beweglichkeit der Zylindertrommel auf dem gesamten Kolben satz läßt es bei zentraler Lagerung des Zylinderblocks in der Hubscheibe zu, eine exzentrische Schwenkung durchzuführen, so daß die vorher genannten 50-Zurückstellung bei gutem Wirkungsgrad nutzbar wird. Die Mitnahme über Kreuzgelenke, insbesondere auch über doppelte Kreuzgelenke wird im allgemeinen innerhalb des Zylinderkreises angeordnet und hat nur einen bestimmten Raum zur Verfügung, so daß den Gelenken die notwendige Stabilität fehlt. Bei Schwenkungen über 250 hinaus steigern sich die konstruktiven Schwierigkeiten, die durch eine exzentrische Schwenkung des Zylinderblockes nochmals vergrößert werden, da in einem solchen Doppelgelenk nicht die axiale Beweglichkeit des Zylinderblockes in der Form unterzubringen ist, wie sie für das Rückstellen auf 50 gefordert werden muß.
• Es ist weiterhin eine Gelenkverbindung bekannt in Form gegeneinander verschwenkbarer ineinandergreifender Zahnkränze. Dabei sitzt auf einer Welle eine Scheibe nit einem radialen Zahnkranz, wobei die Zahnflanken gebrochene Flächen bilden. Diese Außenverzahnung greift in eine entsprechende, sich radial erstreckende Innenverzahnung, die an einei Mit einer anderen Welle verbundenen Glocenkörper vorgesehen ist. Diese beiden Verzahnungen sind gegeneinander verkantbar, wobei die Drehbewegung der einen Welle auf die andere auch dann übertragen werden kann, wenn die beiden Wellen einen Winkel miteinander einschließen. Nachteilig bei dieser Anordnung ist, daß die Verzahnungen schon bei relativ kleinen Schwenkwinkeln praktisch nur noch mit einem einzigen Zahn in Eingriff sind. Die bekannte Zahngelenkverbindung ist außerdem für Axialkolbenmaschinen der eingangs erwähnten Art nicht ohne weiteres verwendbar.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche eine Verschwenkung des Zylinderblocks bis zu möglichst großen Schwenkwinkeln gestattet.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Antriebsverbindung durch ein an sich bekanntes Kegelstrahlgelenk hergestellt ist, dessen beide Kegel einmal über dem Triebflansch und zum anderen über dem Zylinderblock angeordnet sind, derart, daß sich die Kegelstrahlen in einer die Winkelhalbierende von Triebflansch-und Zylinderblockachse enthaltenden Ebene schneiden, und daß der Schwenkrahmen um eine in dieser Ebene liegende, zu der Winkelhalbierenden senkrechte Achse verschwenkbar ist.
• Kegeletrahlgelenke enthalten bekanntermaßen Verzahnungen, deren Zahne in Richtung der Erzeugenden eines Kegelmantels sich erstrecken, wobei die beiden Verzahnungen so ineinander greifen, daß die eine Verzahnung bezogen auf eine Symmetrieebene spiegelbildlich zu der anderen liegt. Die Verwendung eines solchen Kegelstrahlgelenkes zur Herstellung einer Antriebsverbindung zwischen Triebflansch und Zylinderblock bei einer Axialkolbenmaschine gestattet eine Schwenkbewegung des Zylinderblocks über einen relativ großen Winkel. Üblicherweise bedient man sich bei Eegelstrahlgelenken besonderer EontakEittel, die auf den Kegelstrahlen beider Körper angeordnet werden und so im Kreuzungspunkt einen Berührungskontakt ermöglichen, der Flächen- oder Linienberührung darstellt und die Schneide vermeidet.
• Die großen hier vorgesehenen Schwenkwinkel und die räumliche Anordnung außerhalb des hydraulischen Triebwerkes würde ein solches Kegelstrahlgelenk mit Zwischenträgern, z.B. Kugeln, so unförmig gestalten lassen, daß es technisch nicht anwendbar ist. Es mußten daher andere Wege gesucht werden, um der konstruktiven Forderung, die hier an das Gelenk gestellt wird, zu genügen.
• Das einfachste Mittel ist, die Mantellinien, z.B. eines Zylinderstrahlengelenkes schneidenförmig auszubilden, um über die Schneiden vom Triebflansch- und vom Zylinderblockteil her die Mitnahme durchzuführen. Während des Umlaufes treten hierbei leider einige Stellen auf, bei denen die Schneidenlinien so aneinander vorbeigehen, daß praktisch nur mit einem messerscharfen aiitnahmeelement gearbeitet werden könnte. Diese Bereiche müßten vermieden werden. Der Erfindung entsprechend wird das Strahlengelenk um eine ezzentrische Achse geschwenkt, daß die Kolben des hydraulischen Triebwerkes im wesentlichen in der oberen Totpunktlage verharren können. Hierbei lassen sich die Schneidenkanten so kurz ausführen, daß sie nur im Bereich der Schwenkachse Kontakt miteinander haben und dementsprechend sehr stumpfe Schneiden bekommen können. Beim Zylinderstrahlgelenk sind also im Bereich des kleiner Ellipsendurchmessers die dort auftretenden konstruktiven Probleme gegenstandslos geworden, und das Schneidengelenk mit stumpfen, tragfähigen Schneiden versehen, die zu dem bei Anwendung einer größeren Zahl von Zylinderstrahlen mehrfach in Kontakt sind.
• Ein normales Kegelstrahlgelenk überträgt am ganzen Umfang und zentriert automatisch die beiden zu ihm gehörenden Wellen. Durch die nur teilweise ubertragung muß die Zentrierung des Gelenkes mit besonderen Mitteln vorgesehen werden, und wie die Ausbildung der Erfindung dieses zeigt, sind hierfür Einrichtemittel vorgesehen, die das Schneiden der beiden zu schwenkenden Achsen -die in einer gemeinsamen Ebene liegen müssen - sichern.
• Das Zusammenlaufen der Schneiden bei-der Rotationskörper erfolgt stoßfrei, wenn die Zähne eine schwache Verjüngung aufweisen, so daß deren Zahnflanken nach den Enden zu zunehmend gegeneinander geneigt sind. In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der Schwenkrahmen mittels einander gegenüberliegender Lagerzapfen gelagert sein, die Kanäle für die Druckmitteldurchführung enthalten.
• Neben dem Zylinderstrahlgelenk läßt sich auch ein reines Kegelstrahlgelenk anwenden, wenn m bei diesem in gleichartiger Weise die Strahlen nur mit kurzen Schneiden versehen werden. Hierbei muß der Öffnungswinkel der Kegel, jedoch innerhalb eines Bereichs von 90 bis 1350 gehalten, also ein stumpfes Kegelstrahlsystem zur Anwendung kommen, daß es bei der vorgesehenen Beschränkung des Eingriffbereichea möglich macht, nit flach ausgebildeten Kegelstrahischneiden zu arbeiten. Auch hier ist eine dem Sinn entsprechende Veridngung der Kegelstrahlen zum freien Ende hin vorteilhaft, damit ein guter Einlauf stattfindet und eine sorgfältige Lagerung der beiden Rotationskörper vorzusehen, damit die Achsen der Rotationskörper sich schneiden.
• Die beiden genannten Gelenke - das Zylinderstrahl- und das Kegelstrahlgelenk - sind Kantengelenke, d.h. solche, bei welchen die Verzahnungen unmittelbar, also ohne Zwischenschaltung von Lagerkugeln oder ähnlichen Mitteln, miteinander im Eingriff sind und die zur Verwirklichung dieser Möglichkeit nur eine teilweise fibertragung aufweisen, innerhalb der die Kanten der Gelenke stumpfe Winkel aufweisen, die die nötige Lebensdauer im Betriebe sichern.
• Die Erfindung ist nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen naher erläutert: Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Axialkolbenmaschine nach der Erfindung.
• Fig. 2 zeigt eine Einzelheit des Kegelstrahlgelenks.
• Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt der izialkolbenmaschine von Figa1 in Höhe der Lagerung des Schwenkrahiens.
• Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Einzelheit des Kegelstrahlgelenks.
• Fig. 5 zeigt in einem Längsschnitt ähnlich Fig.1 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
• Eine Welle 10 ist in einem Gehäuseteil 12 mittels Lager 14,15,16 gelagert. Die Welle 10 trägt einen Triebflansch 18. Mit dem Gehäuseteil 12 ist ein Gehäuseteil 20 verbunden, in welche ein Schwenkrahmen 22 mittels einer Lagerung 24 schwenkbar gelagert ist.
• In dem Schwenkrahmen 22 ist auf einem Zapfen 26 mittels Lagern 28,30 ein Zylinderblock 32 drehbar gelagert. In Zylindern 34, die axial in dem Zylinderblock vorgesehen sind, gleiten Axialkolben 36. Die Axialkolben 36 sind über Eolbenstangen 38 mit dem Triebflansch 18 verbunden, an welchem sie mittels Kugelgelenken 40 angelenkt sind.
• Der Zylinderblock 32 liegt an einer Umsteuerung 42 an, die durch Druckfelder gegen den Zylinderblock 32 gedrückt wird. Der Schwenkrahmen 22 ist mittels eines Stellkolbens 44 relativ zu dem Triebflansch 18 im Gehäuse 20 verschwenkbar.
• Die Antriebsverbindung zwischen dem Triebflansch 18 und dem Zylinderblock 32 wird durch ein Zylinderstrahlgelenk hergestellt. Dieses Zylinderstrahlgelenk besteht aus einer Verzahnung 46 an dem Triebflansch 18 und einer Verzahnung 48 an dem Zylinderblock 32. Die Verzahnung 46 enthält Zähne, die auf einem Zylindermantel liegen und in radialer Richtung an dem Triebflansch 18 gehaltert sind.
• Die Verzahnung 48 enthält in axialer Richtung sich erstreckende Zähne. Die durch die Verzahnungen 46 und 48 definierten Zylinder schneiden sich in einer die Winkelhalbierende W zwischen Triebflanschachse und Zylinderblockachse enthaltenden Ebene. Der Schwenkrahmen 22 ist im Gehäuse um eine in dieser Ebene liegende, zu der Winkelhalbierenden W senkrechte Achse verschwenkbar.
• Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt die Achse 50 im wesentlichen tangential zu dem durch die Verzahnung 46 definierten Zylinder.
• Die Schwenklagerung erfolgt mittels Schwenkzapfen 52, die in Lagerbüchsen 54 des Gehäuses 20 gelagert sind. Die Zapfen 52 enthalten außerdem Kanäle 56,58 für die Druckmitteldurchführung.
• Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß die Verzahnungen des Zylinderstrahl gelenks auch bei einem stark gegen denTriebflansch verschwenkten Zylinderblock (Schwenkwinkel 450) auf einem relativ großen Winkelbereich sicher in Eingriff sind.
• Da das Zylindergelenk nur über einen kleinen Bereich - wie er in Fig.3 gezeigt ist - mitnimmt, wird der genannte sichere Eingriff der Verzahnung durch ein exaktes Kreuzen der Triebflansch- und Zylinderblockachse gesichert, zu welchem Zweck der Schwenkrahmen - wie die Abbildung zeigt - mittels Einstellscheiben 55 mittig gesetzt werden kann.
• Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, ist die Verzahnung 48 an dem Zylinderblock mit Zähnen von sechseckigem Querschnitt versehen, die sich nach außen hin schwach verjüngen. Die Seitenflanken 60 der Zähne sind nach den Enden hin zunehmend gegeneinander geneigt.
• Die Ausführung nach Fig. 5 ist ähnlich aufgebaut wie die Ausführung nach Fig.1 und entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort. Statt eines Zylinderstrahlgelenks ist in Fig.5 zur Herstellung der Antriebsverbindung zwischen Triebflansch 18 und Zylinderblock 32 ein echtes Kegelstrahlgelenk mit Verzahnungen 62,64 vorgesehen, wobei die durch die Verzahnungen definierten Kegel einen Öffnungswinkel von 1200 besitzen.
• Um ein einwandfreies Arbeiten der Kolben 36 und der Kolbenstangen 38 in dem Zylinderblock 32 auch bei großen Schwenkwinkeln zu ermöglichen, ist bei beiden Ausführungsbeispielen in der voll ausgeschwenkten Lage der Schnittpunkt der Zylinderblockachse mit der Triebflanschachse zylinderbockseitig vor die Ebene der Anlenkpunkte der Kolbenstangen 38 verlegt, so daß die von den Zylindern 34 auf diese Ebene pro3izierte Ellipse um eine Strecke exzentrisch zu der Triebflanschachse sitzt. Um die Schwenkbewegung der Kolben stangen 38 zu dem Triebflansch 18 auch bei großen Schwenkwinkeln zu ermöglichen, ist weiterhin die Oberfläche des Triebflanschs 18 schwach sphärisch ausgebildet. Die Kolben 36 sind Blechteile, die um die ballige Gelenkkugel der Kolbenstange 38 herumgepreßt sind, so daß eine weite Schwenkbewegung der Kolbenstange 38 zu den Kolben 36 möglich ist. Alle diese Maßnahmen dienen dazu, eine einwandfreie Kinematik der Kolben und Kolbenstangen auch bei großen Schwenkwinkeln sicherzustellen.

Claims (9)

Patentansprüche

1) Axialkolbenmaschine enthaltend eine Welle mit einem Trieb flansch, einen in einem Schwenkrahmen gegen die Wolle verschwenkbaren Zylinderblock, Axialkolben, die in dem Zylinderblock geführt und über Kolbenstangen gelenkig mit don Triebflansch verbunden sind, und eine Antriebsverbindung zwischen Triebflansch und Zylinderblock in Form gegeneinander verschwenkbarer, ineinandergreifender Zahnkränze, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsverbindung durch ein an sich bekanntes Kegelstrahlgelenk (46,48) hergestellt ist, dessen beide Kegel ein£ial über dem Triebflansch und zun anderen über dem Zylinderblock angeordnet sind, derart, daß sich die Kegolstrahlen in einer die Winkelhalbierende (W) von Triebflansch-und Zylinderblockachse enthaltenden Ebene schneiden, und daß der Schwenkrahmen (22) um eine in dieser Ebene liegende, zu der Winkelhalbierenden(W) senkrechte Achse (50) verschwenkbar ist

2) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelstrahlgelenk ein Zylinderstrahlgelenk (Kegelspitze im Unendlichen) ist.

3) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gkennzeichnet, daß die Schwenkachse (50) seitlich von dem Sohnittpunkt von Triebflanscha und Zylinderblockachse angeordnet ist.

4) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (50) des Schwenkrahmens (22) so gegen die Triebflanschachse seitlich versetzt ist, daß die innere Totpunktstellung der Kolben (36) bei allen Schwenklagen des Schwenkrahmens (22) bei minimalem schädlichen Volumen in den Zylindern (34) näherungsweise unverändert bleibt,

5) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (50) des Schwenkrahmens (22) im wesentlichem tangential zu der Kegelstrahlverzahnung (46) an dem Triebflansch liegt, welche in geringem Abstand um den Kranz der Kolben stangenanlenkpunkte herum an dem Triebflansch (18) vorgesehen ist.

6) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkrahmen (22) mittels einander gegenüberliegender Lagerzapfen (52) gelagert ist, die Kanäls (56,58) für die Druckmitteldurchführung enthalten.

7) Axialkolbenmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderstrahlverzahnungen oohwaoh sich vcrjüngende Zähne aufweisen, deren Zahnflanken (60) nach den Enden zu zunehmend gegeneinander geneigt oind.

8) Axi@@kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel der Kegel des Kegelstrahlgelenks ein stumpfer Winkel, z.B, von 1200, ist (Fig.5).

9) Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kegelstrahlgelenk ein Kegelstrahl-Kantengelenk iot.

L e e r s e i t e