DE3519783A1

DE3519783A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE3519783A1
Application number: DE19853519783
Authority: DE
Inventors: Gunnar Nordborg Lyshoej
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1986-12-04
Also published as: US4776257A; GB2176252B; GB2176252A; GB8613270D0; DK246386D0; IT8667461A0; JPS61279736A; DK246386A; IT1189688B; IT8653491V0

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH .... .... .... PATENTANWALT /, e frankfurt/main ι. den_{31 Mai 19ß5}

I-Äl CIN lf\n W* Ml-I U KÜHHORNSHOFWEG 10

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 K/N DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 33OO308 ^ramm! KNOPAT O C 1 Q _? O TELEX: 411877 KNOPAD OO I C / OO

DANFOSS A/S, DK-6430 Nordborg Axialkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine mit mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit, von deren den Hubraum begrenzenden Arbeitselementen das erste an einem Träger gehalten und das zweite über eine durch eine Federkraft belastete Gleitfläche auf einer Schrägscheibe abgestützt ist, wobei Träger und Schrägscheibe relativ zueinander um eine Achse drehbar sind und die Gleitfläche sich mittels eines Schwenkgelenks der Schrägscheibe anpaßt.

Bei einer bekannten Axialkolbenmaschine dieser Art (US-PS 26 72 095) ist der feststehende Träger auf einer Kreisbahn mit Zylinderbohrungen versehen, in welchen zylindrische Kolben über ihre gesamte Länge geführt sind. Die freien Enden der Kolben sind über ein Kugelgelenk mit einer Gleitfläche verbunden, die auf einer rotierenden Schrägscheibe abgestützt sind. Die Gleitfläche wird durch die Schnittfläche einer Halbkugel gebildet, die zusammen mit einer am Kolben befestigten Kugelpfanne das Kugelgelenk bildet. Eine durch eine zentrische Schraubenfeder über ein Kugelgelenk belastete Druckplatte drückt die Gleitflächen gegen die Schrägscheibe und weist zu diesem Zweck von den Kolben durchsetzte Aussparungen auf. Bei dieser Konstruktion läßt sich die axiale Länge wegen der Hintereinander-

schaltung von Kolben und Kugelgelenk nicht unterschreiten.

Es ist auch schon eine Axialkolbenmaschine bekannt (US-PS 43 63 294), bei der der Träger, der die Zylinderbohrungen aufweist, und die Schrägscheibe, an der die Kolben festgeschraubt sind, gleichsinnig rotieren. Eine ringförmige Dichtfläche, die mit der Zylinderbohrung zusammenwirkt und dem Äquatorbereich einer Kugelfläche entspricht, ist an einer Hülse befestigt, die mit Hilfe einer Führung radial zum Kolben verschiebbar ist. Dies erlaubt zwar eine axial kürzere Ausbildung der Kolben-Zylinder-Einheit, führt aber zu einer komplizierten, teueren Konstruktion und wegen der radialen Verschiebbarkeit zu Schwierigkeiten bei der Abdichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs beschriebenen Art anzugeben, die eine axial geringere Baulänge erhalten kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß die Gleitfläche an der Stirnseite des zweiten Arbeitselements ausgebildet und dieses Arbeitselement radial beweglich geführt ist und daß das Schwenkgelenk durch die Bohrung des Zylinders und eine ringförmige Dichtfläche am Kolben, die dem Äquatorbereich einer Kugelfläche entspricht, gebildet ist.

Bei dieser Konstruktion ruht das zweite Arbeitselement, also der Zylinder oder der Kolben, ohne Zwischenschaltung eines Schwenkgelenks auf der Schrägscheibe. Das Schwenkgelenk befindet sich innerhalb des Zylinders. Dies ergibt eine kurze Baulänge. Die Größe der Gleitfläche kann frei gewählt werden. Im Schwenklager brauchen keine axialen Druckkräfte übertragen zu werden,

so daß sich die Reibung vermindert. Allerdings muß nunmehr zur Anpassung der Gleitfläche an die Schrägschreibe das gesamte zweite Arbeitselement verschwenkt werden. Aus diesem Grund ist eine radiale Führung vorgesehen, welche es dem zweiten Arbeitselement erlaubt, dauernd senkrecht zur Oberfläche der Schrägscheibe zu stehen. Am Kolben selbst sind keine beweglichen Elemente notwendig, so daß sich eine einwandfreie Abdichtung ergibt.

Wenn die Federkraft durch eine zentrische Feder ausgeübt wird, die über eine gelenkig gelagerte, mit Ausschnitten zur Aufnahme der zweiten Arbeitselemente versehene Druckplatte auf diese Arbeitselemente wirkt, können die Kolben-Zylinder-Einheiten noch kürzer ausgeführt werden, weil kein axialer Raum für die den einzelnen Einheiten zuzuordnenden Federn notwendig ist. Die zentrische Feder kann inmitten des Kranzes der Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet sein.

Es ist günstig, wenn die Ausschnitte als radiale Führung für die zweiten Arbeitselemente ausgebildet sind. Dies "ergibt eine sehr einfache Konstruktion ohne Zusatzbauteile.

Des weiteren kann die Druckplatte eben sein und mit ebenen Kragenflächen an den zweiten Arbeitselementen zusammenwirken. Auch dies ist eine einfache, raumsparende Ausgestaltung.

Mit besonderem Vorteil ist dafür gesorgt, daß die zentrische Feder eine drehbare Welle umgibt, sich einerseits am mit der Welle drehfest aber axial verschiebbar verbundenen Träger abstützt sowie diesen gegen eine Gehäusestirnfläche drückt und sich andererseits an einem Bund der Welle abstützt, die ihrerseits über

ein Kugelgelenk auf die Druckplatte wirkt. Ein und dieselbe Feder sorgt dann dafür, daß" der Träger dicht an der Gehäusestirnfläche anliegt und daß die Gleitflächen sicher auf der Schrägscheibe ruhen. Gleichzeitig wird hierdurch die axiale Lage der Welle festgelegt.

Insbesondere ist das Kugelgelenk durch einen Wellenbund mit sphärischer Ringfläche und eine entsprechende Lagerfläche am Rand einer von der Welle durchsetzten Mittelöffnung der Druckplatte gebildet. Auch dies erfordert eine geringe axiale Baulänge.

Mit Vorteil ist die Dichtfläche durch ein Band mit sphärischer Oberfläche gebildet, das mittels eines festgebördelten Ringes gegen eine Stufe des Kolbens gehalten. Dieses ringförmige Band braucht nur eine geringe, dem Schwenkwinkel entsprechende Höhe zu haben.

Günstig ist es, wenn die zweiten Arbeitselemente einen bis zur Stirnseite durchgehenden Kanal aufweisen. Dies führt zu einer Entlastung der Gleitfläche und erlaubt es, die Gleitfläche als hydrostatisches Lager zu betreiben.

Bei der Verwendung des Kolbens als zweites Arbeitselement sollte die Gleitfläche über den Kolbenquerschnitt überstehen und in der Stirnseite vom Kanal ausgehende Vertiefungen zur Druckentlastung aufweisen. Im optimalen Fall reichen diese Druckentlastungs-Vertiefungen über den gesamten Kolbenquerschnitt, so daß die Gleitfläche nur über die Druckplatte, aber kaum durch den Hubraumdruck belastet ist.

Bei Verwendung des Zylinders als zweitem Arbeitselement empfiehlt es sich, daß die Zylinderbohrung bis zur Stirnseite durchgeht und in diese ein Einsatz einge-

fügt ist, der an seiner der Schrägscheibe zugewandten Seite eine Druckentlastungstasche aufweist und mit seiner Umfangsflache einen Drosselspalt begrenzt, dessen Ende über einen Kanal in der Stirnfläche des Zylinders mit der Außenseite des Zylinders verbunden ist. Auch hier ist der Zylinder praktisch vollständig entlastet. Der Druckabbau erfolgt im wesentlichen längs des Drosselspalts, so daß die Gleitfläche nicht mehr durch einen Druck der Druckflüssigkeit belastet ist. 10

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine Ansicht von rechts auf die linke Querwand

des Gehäuses der Fig. 1.
20

Fig. 3 eine Ansicht von links auf die rechte Querwand des Gehäuses der Fig. 1 und

Fig. 4 in einem Teillängsschnitt eine abgewandelte Ausführungsform.

Die in Fig. 1 veranschaulichte Axialkolbenmaschine kann als Motor oder Pumpe arbeiten. Ihr Gehäuse weist zwei durch eine Umfangswand 1 miteinander verbundene Stirn- oder Querwände 2 und 3 auf. Eine Welle 4 ist mit ihrem Ende 5 in einer Lagerbohrung 6 der Querwand und mit ihrem Abschnitt 7 in einer Lagerbuchse 8 in der Querwand 3 gehalten. Diese Lagerbuchse 8 ist nur über einen Teil 9 ihres Umfangs gehäusefest gelagert, so daß die Welle 4 eine gewisse Beweglichkeit hat.

Die Welle 4 ist über eine Zahnkupplung 10 drehfest, j aber axial verschiebbar mit einem Träger 11 verbunden. j Dieser weist mehrere, als Zylinder 12 dienende Bohrun- i gen von Kolben-Zylinder-Einheiten 13 auf. In jede die- : ser Zylinderbohrungen greift ein Kolben 14, der an : seiner Stirnseite eine Gleitfläche 15 trägt, mit der
er auf einer Schrägscheibe 16 abgestützt ist. Eine
ebene Druckplatte 17 liegt auf ebenen Flächen 18 von
am Kolben 14 angebrachten Kragen 19 auf und ist durch j eine zentrische Feder 20 belastet, die sich einerseits

am Träger 11 und andererseits an einem Bund 21 der | Welle 4 abstützt. Dieser Bund besitzt eine sphärische j

Ringfläche 22, die mit einer entsprechenden Lagerflä-

i ehe 23 am Rand einer von der Welle 4 durchsetzten Mit- |

telöffnung der Druckplatte 17 ein Kugelgelenk 24 bildet. |

Der Kolben 14 weist an seinem der Schrägscheibe abge- j

i wandten Ende eine ringförmige Dichtfläche 25 auf, die <

dem Äquatorbereich einer Kugelfläche mit dem Durchmesser

der Bohrung des Zylinders 12 entspricht. Sie befindet ^!

sich an der Oberfläche eines Bandes 26, das mittels j

eines festgebördelten Ringes 27 gegen eine Stufe 28 ι

des Kolbens gehalten ist. Diese Dichtfläche bildet i

in Verbindung mit der Bohrung des Zylinders 12 ein i

verschiebbares Schwenkgelenk. Die Druckplatte 17 weist !

Ausschnitte 30 auf, die als radiales Langloch ausgeführt \

sind und daher eine Radialführung für den Kolben 14 \

bilden. Auf diese Weise kann sich die Gleitfläche 15 j

trotz der axialen Kürze der Kolben-Zylinder-Einheit

13 in jeder Drehwinkellage des Trägers 11 vollständig j

an die Schrägscheibe 16 anlegen. !

Jeder Kolben 14 weist einen Durchgangskanal 31 in der I Form einer Bohrung auf. Außerdem ist an der Stirnseite ' eine ringförmige Vertiefung 32 vorgesehen, die annähernd einen Außendurchmesser hat, der dem Kolbendurch- ;

messer im Zylinder 12 entspricht. Dies ergibt eine weitgehende Druckentlastung, so daß der Kolben im wesentlichen nur unter der Kraft der zentrischen Feder 20 gegen die Schrägscheibe 16 gedrückt wird. Gleichzeitig ergibt sich eine hydrostatische Schmierung der Gleitfläche, so daß die Reibungsverluste gering sind.

Die Querwand 2 besitzt in ihrer Stirnfläche 33 zwei teilringförmige Nuten, nämlich eine Niederdrucknut und eine Drucknut 35. Diese sind jeweils mit einem Niederdruckanschluß 36 bzw. einem Druckanschluß 37 an der äußeren Stirnseite der Querwand 2 über lediglich angedeutete Kanäle 38 verbunden. Die Zylinder 12 besitzen stirnseitige Steueröffnungen 39, mit denen sie abwechselnd entlang der Niederdrucknut 34 und der Drucknut 35 bewegt werden. Auf diese Weise können die Hubräume der Kolben-Zylinder-Einheiten 13 beschickt und entleert werden. Die bevorzugte Drehrichtung ist durch einen Pfeil 39 angegeben. Durch Löcher 40 werden Spannschrauben 41 zum Zusammenhalten der Gehäuseteile 1 bis 3 geführt.

Die Schrägscheibe 16 ist in ihrer Neigung verstellbar, um das Fördervolumen der als Pumpe arbeitenden Maschine oder die Drehzahl der als Motor arbeitenden Maschine zu ändern. Zu diesem Zweck ist die Schrägscheibe in einem Gleitlager 42 um eine Schwenkachse S schwenkbar gelagert, das nur einen Teil der Fläche der Schrägscheibe 16 und der Querwand 3 belegt. Dieses Gleitlager wird durch ein an der Schrägscheibe 16 angebrachtes Lagerelement in der Form zweier Kugelkalotten 43 und zweier entsprechender Lagerpfannen 44 und 45 (Fig. 3) gebildet. Kugelkalotten und Lagerpfannen sind in Richtung der Schwenkachse S gegeneinander versetzt.

Die Lagerpfannen befinden sich nahe der Durchmesserlinie der Querwand 3 zu. beiden Seiten des durch die Buchse

8 gebildeten Wellenlagers. Die Lagerpfannen 44 und 45 weisen inmitten einer ringförmigen Lagerfläche eine Kammer 46 bzw. 47 auf.

Ferner sind zwei Stelleinrichtungen 48 auf der gleichen Seite der Schrägscheibe 16 wie das Gleitlager 42 und zwar neben diesem Gleitlager vorgesehen. Jede Stelleinrichtung besteht aus einem Stellkolben 49 und einem Stellzylinder 50 bzw. 51 (Fig. 3). Die Stellzylinder sind als Bohrung in der Querwand 3 ausgeführt. Jeder Stellkolben weist an seiner äußeren Stirnseite eine sphärische Vertiefung 52 auf, in die je eine kraftschlüssig an der Schrägscheibe 16 anliegende Kugelkalotte 53 eingreift. Deren Durchmesser entspricht demjenigen der Stellzylinder-Bohrung.

Die Kammer 46 der Lagerpfanne 44, die den jeweils Druck führenden Kolben-Zylinder-Einheiten 13 gegenüber angeordnet ist, steht über einen Kanal 54 mit beiden Hubräumen der Stelleinrichtungen 48 in Verbindung und wird, wie diese, von einer Regeleinrichtung mit einem geregelten Druck versorgt. Dieser wird über einen Anschluß 55 an der Querwand 2 und ein die Bohrungen 56 und 57 umfassendes Kanalsystem den Stelleinrichtungen und der Kammer 46 zugeführt. In Abhängigkeit von diesem Druck bzw. der in den Räumen eingeschlossenen Druckflüssigkeitsmenge nimmt die Schrägscheibe 16 eine bestimmte Neigung ein. Zumindest das druckbelastete Gleitlager 42 ist hydrostatisch unterstützt, so daß den Schwenkbewegungen wenig Widerstand entgegengesetzt wird. Auch diese Stelleinrichtung für die Schrägscheibe hat eine axial sehr geringe Länge. Der Aufbau ist einfach. Da die Kugelkalotten 42 und 53 in die Lagerpfanne 44 bzw. in die Vertiefung 52 des Kolbens 49 von der Feder 20 gedrückt werden, ist die Schrägscheibe 16 auch in Querrichtung sicher arretiert.

Bei der Abwandlung der Fig. 4 werden für entsprechende Teile um 100 gegenüber Fig. 1 erhöhte Bezugszeichen verwendet. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß bei jeder Kolben-Zylinder-Einheit 113 der Kolben 114 mit dem rotierenden Träger 111 verbunden ist und der Zylinder 112 an seiner Stirnfläche die Gleitfläche

115 aufweist. Der Kolben 114 ist in gleicher Weise wie in Fig. 1 mit einem Band 126 versehen, das eine ringförmige Dichtfläche 125, die dem Äquatorbereich einer Kugelfläche mit dem Durchmesser der Bohrung des Zylinders 112 entspricht, aufweist. Dieser Zylinder 112 ist in dem als radiales Langloch ausgebildeten Ausschnitt 130 der Druckplatte 117 radial geführt.

In der durchgehenden Zylinderbohrung 131 ist ein Einsatz 158 angeordnet, der an seiner der Schrägscheibe

116 zugewandten Seite eine Druckentlastungstasche 159 aufweist. Zwischen seiner Umfangsflache und der Zylinderbohrung ergibt sich ein Spalt 160. In der Stirnfläche des Zylinders 112 ist mindestens ein Kanal 161 vorgesehen, der von einer Abphasung, die zur Gratbeseitigung an der Zylinderbohrung vorgesehen ist, zur Außenseite des Zylinders führt. Demzufolge tritt der gesamte Druckabfall zur Außenseite hin längs dieses Spaltes 160 auf. Der Zylinder 112 ist daher im wesentlichen druckentlastet.

Claims

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH ,„.. .. ..* ',.',..'

DATRMTAMWAIT β FRANKFURT/MAIN 1, DEN 31. Mai 1985

PAl I=IMT A IM WALl KÜHHORNSHOFWEG 10

POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 K/N

DRESDNER BANK, FRANKFURT/M. 2300308 TELEFON: 561Ο78

TELEGRAMMrKNOPAT

DA 725 TELEX: 411877 KNOPA D OC 1 Q H O

Patentansprüche

Axialkolbenmaschine mit mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit, von deren den Hubraum begrenzenden Arbeitselementen das erste an einem Träger gehalten und das zweite über eine durch eine Federkraft belastete Gleitfläche auf einer Schrägscheibe abgestützt ist, wobei Träger und Schrägscheibe relativ zueinander um eine Achse drehbar sind und die Gleitfläche sich mittels eines Schwenkgelenks der Schrägscheibe anpaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfläche (15; 115) an der Stirnseite des zweiten Arbeitselements (14; 112) ausgebildet und dieses Arbeitselement radial beweglich geführt ist und daß das Schwenkgelenk (29, 129) durch die Bohrung des Zylinders (12; 112) und eine ringförmige Dichtfläche (25; 125) am Kolben (14; 114), die dem Äquatorbereich einer Kugelfläche entspricht, gebildet ist.
2. Axialkolbenmaschine, bei der die Federkraft durch eine zentrische Feder ausgeübt wird, die über eine gelenkig gelagerte, mit Ausschnitten zur Aufnahme der zweiten Arbeitselemente versehene Druckplatte auf diese Arbeitselemente wirkt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Ausschnitte (30; 130) als radiale Führung für die zweiten Arbeitselemente (14; 112) ausgebildet sind.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (17; 117) eben ist und mit ebenen Kragenflächen (18; 118) an den zweiten Arbeitselementen (14; 112) zusammenwirkt.
4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß die zentrische Feder (20) eine drehbare Welle (4) umgibt, sich einerseits am mit der Welle drehfest aber axial verschiebbar verbundenen Träger (11) abstützt sowie diesen gegen eine Gehäusestirnfläche (33) drückt und sich andererseits an einem Bund (21) der Welle abstützt, die ihrerseits über ein Kugelgelenk (24) auf die Druckplatte (17) wirkt.
5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (24) durch einen Wellenbund (21) mit sphärischer Ringfläche (22) und eine entsprechende Lagerfläche (23) am Rand einer von der Welle (21) durchsetzten Mittelöffnung der Druckplatte (17) gebildet ist.
6. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dichtfläche

(25) durch ein Band (26) mit sphärischer Oberfläche gebildet ist, das mittels eines festgebördelten Ringes (28) gegen eine Stufe (27) des Kolbens (14) gehalten ist.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Arbeitselemente (14; 112) einen bis zur Stirnseite durchgehenden Kanal (31; 131) aufweisen.
8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis

7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung des Kolbens (14) als zweites Arbeitselement die

ORiGiNAL INSPECTED

Gleitfläche (15) über den Kolbenquerschnitt übersteht und in der Stirnseite vom Kanal (31) ausgehende Vertiefungen (32) zur Druckentlastung aufweist.
9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwenden des Zylinders (112) als zweites Arbeitselement die Zylinderbohrung (31) bis zur Stirnseite durchgeht und in diese ein Einsatz (158) eingefügt ist, der an seiner der Schrägscheibe (116) zugewandten Seite eine Druckentlastungstasche (159) aufweist und mit seiner Umfangsfläche einen Drosselspalt (160) begrenzt, dessen Ende über einen Kanal (161) in der Stirnfläche des Zylinders mit der Außenseite des Zylinders verbunden ist.