DE3333812C2 - Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine - Google Patents
Schwenktrommel-AxialkolbenmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit mindestens zwei unabhängigen Arbeitsströmen beschrieben. Dabei sind in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel mindestens zwei Gruppen von Arbeitskolben auf je einem Teilkreis angeordnet, wobei jede Gruppe von Arbeitskolben einen unabhängigen Arbeitsstrom liefert bzw. Arbeitskreis mit Medium versorgt. Eine solche Axialkolbenmaschine ist als in den Fördervolumina kontinuierlich verstellbare Maschine ausgebildet, bei der der Schrägwinkel der Zylindertrommel durch einen Verstellmechanismus verändert werden kann. Dabei erfolgt die Drehmitnahme der Zylindertrommel nur durch eine der Gruppen der Arbeitskolben.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Axialkolbenmaschine dieser Bauart ist in der DE-OS 23 58 870 beschrieben und dargestellt.
Bei der bekannten Bauart ist es durch die Konstruktion bedingt, daß die Schäfte der Arbeitskolben sowohl
in der Triebscheibe der Axialkolbenmaschine als auch in der Schwenktrommel gelenkig gelagert sein müssen.
Nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, ist die Schwenktrommel in der Lage zwecks Einstellung auf unterschiedliche
Förder- bzw. Schluckvolumen eingestellt zu werden.
Es ist ein wesentliches Merkmal der bekannten Bauart, daß die Schwenktrommel durch Mitnahme über die
Arbeitskolben drehangetrieben ist. Bei diesem Drehantrieb wird das Drehmoment durch Anlage der Schäfte
der Arbeitskolben an der Wandung der Zylinderbohrungen in der Schwenktrommel auf letztere übertragen.
Da die Arbeitskolben in allen möglichen Schwenkstellungen in der Schwenktrommel unterschiedlich weit
in die Zylinderbohrung eintauchen und eine Linienberühruiig
zwischen der Mantelfläche des Kolbenschaftes und der Zylinderbohrung wegen der Aufrcchterhaltung
der notwendigen Schwenkbarkeit der Arbcitskolben nur in der maximalen Schwenkstelking der Schwenk- br>
trommel möglich ist. ist im wesentlichen nur ein Schaft der Arbeitskolben an der Drehmitnahme beteiligt. ]e
uröUiM· der Schwcnkwinkel und damit der Bereich der
Veränderung des Fördervolumens, umso kritischer wird der Lauf einer derartigen Maschine, insbesondere bei
hohen Drehzahlen.
Bei der gattungsgemäßen Bauart erzeugen die auf einem Teilkreis angeordneten Arbeitskolben nur einen
Arbeitsstrom. Wenn mehr Arbeitsströme benötigt werden zwecks Einstellung unterschiedlicher Förder- bzw.
Schluckvolumäna geht man in der Praxis dazu über, besondere hydraulische Bauteile, z. B. einen Stromteiler,
oder ein sogenanntes Zwillingsaggregat zu verwenden, das zwei gattungsgemäße, gemeinsam angetriebene und
in einem bestimmten Verhältnis verstellte Axilakolbenmaschinen umfaßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine
der eingangs bezeichneten Bauart so auszugestalten, daß sie auch für zwei oder mehr voneinander
unabhängige, veränderliche Arbeitsströme eingesetzt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs ί gelöst. Bei der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung ist mindestens eine weitere Gruppe von Arbeitskolben auf einem anderen Teilkreis
angeordnet, und nur die Arbeitskolben eines Teilkreises sind als drehmitnehmende Arbeitskolben ausgebildet.
Das heißt, die nicht drehmitnehmenden Arbeitskolben haben im Bereich ihrer Schäfte keinen Kontakt mit den
Wandungen der Zylinderbohrungen und stören nicht die Laufkinematik der Maschine.
Bei der gattungsgemäßen Bauart erfolgt die Änderung des Schrägwinkels zwischen der Achse der Triebscheibe
und der Achse der Schwenktrommel, d. h., eine Änderung des Förder- oder Schluckvolumens, durch einen
Verstellmechanismus, der an dem die Schwenktrommel enthaltenden Gehäuseteil angreift, welches gegenüber
dem die Lagerung der Triebwelle enthaltenden Gehäuseteil schwenkbar gelagert ist. Der Verstellmechanismus
kann auch direkt an dem als Schwenkschlitten innerhalb eines starren Gehäuses ausgebildeten
Steuerspiegelkörpers angreifen. Da bei solchen Konstruktionen die Arbeitskolben zur Drehmitnahme der
Schwenktrommel in jeder Betriebsart deren Reibungsund Beschleunigungsmomente übertragen müssen und
deshalb auch die Ausbildung der Arbeitskolben zur Übertragung dieser Momente ausgebildet sein müssen,
ist es bisher nicht möglich gewesen, im Schrägwinkel veränderliche Axialkolbenmaschinen mit mehreren unabhängigen
Arbeitsströmen wirtschaftlich zu bauen. Die Vielzahl der bewegten Massen lassen hohe Drehzahlen
nicht zu, was auf Schwingungen zurückzuführen sein dürfte, die zu einem hohen Laufgeräusch und zu
einem schnellen Verschleiß führen. Solche Schwingungen treten bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
nicht auf, was darauf zurückzuführen ist, daß nur eine Gruppe der Arbeitskolben als drehmitnehmende Arbeitskolben
ausgebildet sind.
Aus DE-OS 31 34 537 ist es zwar ansich bekannt, bei einer Axialkolbenmaschine der Schrägachsenbauart einer
Drehtrommel zwei Gruppen Arbeitskolben auf zwei Teilkreisen anzuordnen, die zwei Arbeitsströme
bilden, jedoch handelt es sich bei dieser bekannten Ausgestaltung um eine Axialkolbenmaschine mit nicht
schwenkbarer Zylindertrommel. Bei dieser bekannten Ausgestaltung ist das Arbeitsvolutnen durch Subtraktion
oder Addition von Tcil-Arbcitssirömcn stufenweise
zu verändern, um beispielsweise mechanische Getriebe zu ersparen. Eine stufenlose Einstellung zweier Arbeitsvolumina ist bei dieser bekannten Bauart nicht möglich.
Es sind auch Axialkolbenmaschinen mit mehreren
Gruppen von auf verschiedenen Teilkreisen angeordneten
Arbeitskolben bekannt, bei denen der durch jede GruDpe von Arbeitskolben erzeugte Arbeitsstrom im
Volumen kontinuierlich gleichzeitig oder unabhängig von den anderen Arbeitsströmen veränderbar ist. Hierzu
wird beispielsweise auf US-PS 17 14 148. US-PS 25 20 632 und DE-PS 31 27 610 verw.esen. Dabei handelt
es sich durchweg um eine Axialkolbenmaschine in sog. Schiefscheibenbauart, bei welcher die Triebwelle
und die Zylindertrommel auf einer gemeinsamen Drehachse liegen und die Hin- und Herbewegung der Arbeitskolben
in den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel durch eine zu der genannten Drehachse schief
stehenden Triebscheibe bewirkt wird. Bei solchen Axialkolbenmaschinen werden insbesondere in der Betriebsart
als Pumpe keine Drehmomente durch die Arbeitskolben auf die Zylindertrommel übertragen, da die Zylindertrommel
nicht durch die Arbeitskolben drehangetrieben wird.
Die zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 läßt hohe Drehzahlen zu, da die Arbeitskolben
auf dem oder den äußeren Teilkreisen keine Mitnahmekräfte zu übertragen haben und daher leicht
gebaut werden können, so daß die geringen Massen auch geringe Fliehkräfte erzeugen.
Bei der Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 erfolgt die Drehmitnahme der Schwenktrommel
nur über die Gruppe der Arbeitskolben auf dem äußeren Teilkreis. Da der äußere Teilkreis gegenüber
anderen Teilkreisen einen großen Durchmesser und damit jeder Arbeitskolben einen großen radialen Abstand
von der Mitteldrehachse der Schwenktrommel hat, sind bei dieser Gruppe von Arbeitskolben die zu übertragenden
Mitnahmekräfte klein bezüglich des zu übertragenden Drehmomentes. Die Arbeitskolben können entsprechend
leicht ausgebildet werden und trotzdem die erforderlichen Mitnahmekräfte übertragen. Außerdem
hat sich bei dieser Ausbildung gezeigt, daß das Verhalten gegenüber Drehschwingungen der Schwenktrommel
bei der Mitnahme derselben nur über den äußeren Teilkreis besonders günstig ist.
Welche der beiden genannten Ausgestaltungen besonders zweckmäßig ist, richtet sich nach dem Anwendungsbereich
der Axialkolbenmaschine, insbesondere nach der Höhe der notwendigen Drehzahlen.
Im Sinne des Anspruchs 3 sind einstückig ausgebildete
Kolben ansich aus der DE-AS 23 58 870 bekannt. Sie sind für die Verwendung im Rahmen der vorliegenden
Erfindung besonders geeignet, daß sie klein und leichtbauend sind und größere Schrägwinkel zwischen der
Schwenktrommel und der Triebwelle zulassen als übliche mehrteilige Kolben, bei denen die Mitnahmekräfte
jeweils durch Anlage der Kolbenstange an der Wandung der Zylinderbohrung oder durch Anlage an einem
zylindrischen Kolbenkörper übertragen werden, welcher kugelgelenkig mit der Kolbenstange verbunden ist.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 5 gewährleistet zum einen eine gute Abdichtung der Kolben in den
Zylinderbohrungen und zum anderen die Freilage der Arbeitskolben, so daß eine Berührung mit den Wandungen
der Zyiinderbohrungen und somit eine Drehmitnahme ausgeschlossen ist. Solche sphärische Kolben sind
aus der Fachzeitschrift »ölhydraulik und pneumatik« 14 (1970) Nr. 7, S. 291 bis 294, an sich bekannt.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 schematisch teilweise im Schnitt entlang der
Linie 1-1 in F i g. 2 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine.
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 in
Fig.l,
Fig. 3 schematisch teilweise in einem gegenüber Fig. 1 um 90° versetzten Schnitt eine erfindungsgemäße
Axialkolbenmaschine,
Fig.4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in
Fig. 3,
F i g. 5 im Ausschnitt und Schnitt die erste Ausgestaltung der Erfindung und
Fig.6 im Ausschnitt und Schnitt die zweite Ausgestaltung
der Erfindung.
Die in den F i g. 1 und 3 dargestellte Axialkolbenmaschine weist eine über ein Kugellager 1 in einem Gehäuse
2 gelagerte Triebwelle 3 auf, die einstückig eine Triebscheibe 4 trägt. An der Triebscheibe 4 sind über
Gelenkkugeln 5 Arbeitskolben 6, 7 kugelgelenkig gelagert. Die Arbeitskolben 6, 7 bewegen sich in Zylinderbohrungen
8 einer Zylindertrommel 9. Die Zylindertrommel 9 wird von der Triebwelle 3 über die Triebscheibe
4 und die Arbeitskolben 6 in Drehung versetzt. Der Hub der Arbeitskolben 6, 7 richtet sich nach dem
Schrägwinkel der Zylindertrommel-Drehachse 10 zur Drehachse 11 der Triebwelle 3. Die Zylindertrommel 9
wird durch einen über eine Kugel 12 an der Triebscheibe 4 gelagerten Mittelzapfen 13 zentriert und stützt sich
— im belasteten Zustand der Maschine unter der Wirkung der Druckkräfte des Arbeitsmediums und im unbelasteten
Zustand der Maschine nur unter der Kraft der zwischen dem Zapfen 13 und der Zylindertrommel 9
vorgesehenen Druckfeder 14 — auf einem Steuerspiegelkörper 15 ab. Der Steuerspiegelkörper 15 ist seinerseits
auf einer zylindrischen Führungsbahn 16 des Gehäuseteiles 17 abgestützt. Zur Änderung des Schrägwinkels
der Achse 10 der Zylindertrommel 9 gegenüber der Achse 11 der Triebwelle 3 und damit der Änderung des
Hubvolumens der Arbeitskolben 6, 7 in den Zxlinderbohrungen 8 greift an dem Steuerspiegelkörper 15 ein
Verstellzapfen 18 an, der mit einer Stellstange 19 fest verbunden ist. Die Stellstange 19 ist ihrerseits verschieblich
in dem Gehäuseteil 17 in einer Bohrung 20 gelagert. An der Stellstange 19 greift ein nicht dargestellter
Verstellmechanismus an, durch den die Sicllstange 19 in Längsrichtung verschoben wird, so daß der
Zapfen 18 den Steuerspiegelkörper 15 in der zylindrischen Führungsfläche 16 unter Schwenkung der Zylindertrommel
9 um die Schwenkachse 21 verschiebt.
Es sind zwei Gruppen von Arbeitskolben 6 und 7 vorgesehen, welche auf unterschiedlichen Teilkreisen, einem äußeren Teilkreis 22 und einem inneren Teilkreis 23 angeordnet sind. Auf jedem Teilkreis befinden sich Gruppen von sieben Kolben 6 bzw. 7. Bei der in den Fig.l bis 3 dargestellten Ausgestaltung sind die Arbeitskolben 6 des äußeren Teilkreises 22 als drehmitnehmende Arbeitskolben ausgebildet, das heißt diese Kolben können Mitnahmekräfte zwischen der Triebscheibe 4 und der Zylindertrommel 9 übertragen. Dies geschieht bei der gezeigten Ausführungsform der Arbeitskolben 6 als einstückige Kolbenelcmente durch sich konisch in Richtung der Zyiinderbohrungen 8 erweiternde Mitnahmezonen 24. an welche sich die Dichtfunktion der Arbeitskolben ausübende Kugelzonen 25 anschließen, wie aus F i g. 5 näher ersichtlich. Derartige einstückige Kolben 6 sind ansich bekannt. Die keine Mitnahmekräfte übertragenden Arbeitskolben 7 auf dem inneren Teilkreis gemäß F i g. 1 bis 3 und 5 sind als einstückige sphärische Kolben ausgebildet, welche Ie-
Es sind zwei Gruppen von Arbeitskolben 6 und 7 vorgesehen, welche auf unterschiedlichen Teilkreisen, einem äußeren Teilkreis 22 und einem inneren Teilkreis 23 angeordnet sind. Auf jedem Teilkreis befinden sich Gruppen von sieben Kolben 6 bzw. 7. Bei der in den Fig.l bis 3 dargestellten Ausgestaltung sind die Arbeitskolben 6 des äußeren Teilkreises 22 als drehmitnehmende Arbeitskolben ausgebildet, das heißt diese Kolben können Mitnahmekräfte zwischen der Triebscheibe 4 und der Zylindertrommel 9 übertragen. Dies geschieht bei der gezeigten Ausführungsform der Arbeitskolben 6 als einstückige Kolbenelcmente durch sich konisch in Richtung der Zyiinderbohrungen 8 erweiternde Mitnahmezonen 24. an welche sich die Dichtfunktion der Arbeitskolben ausübende Kugelzonen 25 anschließen, wie aus F i g. 5 näher ersichtlich. Derartige einstückige Kolben 6 sind ansich bekannt. Die keine Mitnahmekräfte übertragenden Arbeitskolben 7 auf dem inneren Teilkreis gemäß F i g. 1 bis 3 und 5 sind als einstückige sphärische Kolben ausgebildet, welche Ie-
diglich eine sphärische bzw. Kugelzone 28 zur Ausübung der Dichtfunktion aufweisen. Auch solche sphärische
Kolben sind ansich bekannt. Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform sind die drehmitnehmenden,
das heißt Mitnahmekräfte übertragenden Arbeitskolben 26 auf dem inneren Teilkreis 23 angeordnet und
die lediglich die Dichtfunktion ausübenden Arbeitskolben 27 auf dem äußeren Teilkreis 22.
Innerhalb des Steuerspiegelkörpers 15 sind jeder Gruppe von Arbeitskolben zugeordnete Saugschlitze
30 und 31 sowie Druckschlitze 32 und 33 vorgesehen. Bei der gezeigten Ausführungsform und bei Betrieb der
Axialkolbenmaschine als Pumpe sind die beiden Saugschlitze 30 und 31 in einem gemeinsamen Saugkanal 34
zusammengeführt, während die Druckschlitze 32, 33 je
in einem getrennten Druckkanal 35 bzw. 36 innerhalb des Gehäuseteiles 17 münden, so daß getrennte, unabhängige
druckseitige Arbeitskreise gebildet sind. Selbstverständlich kann entgegen der dargestellten Ausbildung
die Anordnung der Kanäle 34,35 und 36 innerhalb des Gehäuseteiles 17 auch symmetrisch sein, so daß
auch saugseitig getrennte Kanäle vorliegen und vollständig unabhängige geschlossene Arbeitskreisläufe gebildet
werden. Derartige Axialkolbenmaschinen können sowohl als Motor als auch als Pumpe betrieben werden
und getrennte, offene oder geschlossene Arbeitskreisläufe versorgen. Für Pumpenbetrieb ist eine derartige
Axialkolbenmaschine auch für Reversierbetrieb einsetzbar, das heißt mit positivem und negativem Schrägwinkel
der Zylindertrommel 9 von einer neutralen Mittellage aus, so daß die Druck- und Saugseiten der unabhängigen
Kreisläufe vertauschbar sind.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
35
40
45
50
Claims (5)
1. Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine, bei der
in Zylinderbohrungen der Schwenktrommel die Arbeitskolben
auf einem Teilkreis angeordnet sind und bei der die Schwenktrommel durch Mitnahme über
die Arbeitskolben drehangetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere
Gruppe von Arbeitskolben (7 bzw. 27 auf einem anderen Teilkreis (22 bzw. 23) angeordnet ist. die als
nichtdrehmitnehmende Arbeitskolben ausgebildet sind.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtdrehmitnehmenden Arbeitskolben
(7) auf dem inneren Teilkreis (23) liegen.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtdrehmitnehmenden Arbeitskolben (27) auf dem äußeren Teilkreis (22) liegen.
4. Maschine nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmitnehmenden
Arbeitskolben (6; 26) als einstückige Kolben ausgebildet sind, die sich von der Triebscheibe (4)
aus gesehen in die Zylinderbohrungen (8) hinein konisch verdicken und eine sich an die Zylinderbohrungen
anlegende Mitnahmezone (24) bilden, und bei denen sich an die Mitnahmezone (24) eine dichtend
in der Zylinderbohrung (8) laufende Kugelzone (25) anschließt, die einen dem Durchmesser der Zylinderbohrung
entsprechenden Kugeldurchmesser hat.
5. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtdrehmitnehmenden Arbeitskolben (7 bzw. 27) sphärische Kolben mit nur einer
dichtend in der Zylinderbohrung laufenden Dichtzone (28) sind.
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