DE3333812C2

DE3333812C2 - Schwenktrommel-Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE3333812C2
Application number: DE3333812A
Authority: DE
Inventors: Walter 7916 Nersingen Merkle; Ludwig 7917 Vöhringen Wagenseil
Original assignee: Hydromatik 7915 Elchingen De GmbH
Current assignee: Hydromatik 7915 Elchingen De GmbH
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1986-08-07
Also published as: JPS6095193A; JPH0646028B2; DE3333812A1; US4617853A

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- b^r> 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-

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

Patentansprüche:

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.