DE3522716C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Axialkolbenmaschine dieser Bauart ist in der DE- AS 12 20 735 beschrieben und dargestellt.

Bei der bekannten Bauart ist das Außenteil an der Zylin­ dertrommel befestigt und das Innenteil durch ein Hilfs­ kardangelenk mit der Triebscheibe verbunden. Das Hilfskar­ dangelenk ermöglicht sowohl eine axiale als auch eine radiale Anpassung des Innenteils, wodurch Zwängungen aufgrund von nicht vermeidbaren Toleranzen vermieden werden. Die außen- und innenseitige Krümmung des Käfigs entspricht den Krümmungen der Innenfläche des Außenteils und der Außenfläche des Innenteils, so daß im Betrieb der Axialkolbenmaschine die Übertragung von geringfügigen axialen Kräften im Bereich des Gelenks möglich wäre, jedoch ist dies bei der bekannten Ausgestaltung nicht möglich, weil das Innenteil sowohl axial als auch radial nicht definiert abgestützt ist. Außerdem ist es nicht vorteilhaft, Axialkräfte mit Hilfe des Käfigs von einem Gelenkteil auf das andere Gelenkteil zu übertragen, weil bei Axialkolbenmaschinen mit veränderlichem Förder- oder Schluckvolumen hierdurch die Beweglichkeit des Käfigs gegenüber den Gelenkteilen beeinträchtigt wird. Hierbei ist nämlich zu berücksichtigen, daß der Schwenk­ weg des Käfigs nur etwa 50% des Schwenkwegs des schwenk­ baren Außenteils beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axial­ kolbenmaschine der eingangs bezeichneten Bauart mit einfachen Mitteln so auszugestalten, daß bei Vermei­ dung von Funktionstörungen eine axiale und radiale Abstützung der Zylindertrommel an der Triebscheibe möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung wird die Ausneh­ mung in der Triebscheibe zur axialen und radialen Lage­ rung des Gelenks herangezogen. Dabei erfolgt eine direkte Abstützung des zylindertrommelseitigen Gelenkteils durch Anlage der sphärischen Außenfläche am zylinder­ trommelseitigen Gelenkteil an der sphärischen Innenfläche der Ausnehmung. Deshalb kann der Käfig von der Übertra­ gung axialer bzw. radialer Kräfte freigestellt werden.

Die erfindungsgemäße Ausbildung umfaßt nicht nur eine einfache und kleine Bauweise, sondern ermöglicht auch große Winkelunterschiede, nämlich bis zu etwa 40°, zwischen der Drehachse der Triebscheibe und der Drehachse der Zylindertrommel. Dabei eignet sich die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht nur für Axial­ kolbenmaschinen konstanten Förder- bzw. Schluckvolumens, sondern insbesondere auch für Axialkolbenmaschinen mit veränderlichen Förder- bzw. Schluckvolumen. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß ein Gelenk mit den erfindungsgemäßen Merkmalen für Axialkolbenmaschinen verschiedener Schrägwinkel paßt und deshalb sowohl für Axialkolbenmaschinen mit konstantem Förder- bzw. Schluckvolumen und unterschiedlichen Schrägwinkeln als auch für Axialkolbenmaschinen mit veränderlichen Förder- bzw. Schluckvolumen eingesetzt werden kann.

In beiden Fällen ist mit einfachen Mitteln eine sichere Funktion der Axialkolbenmaschine gewährleistet.

Es ist zwar aus DE-OS 26 44 033 ansich bekannt, das dem Gelenk zugewandte Ende der Zylindertrommel sowohl axial als auch radial mittels einer Kugel abzustützen, jedoch handelt es sich bei diesem mit Universal-Kreuzge­ lenk bezeichneten Gelenk nicht um ein homokinetisches Gelenk und darüber hinaus erstreckt dieses Universal-Kreuz­ gelenk sich in Längsrichtung über die Kugel beidseitig hinaus, so daß sich nur verhältnismäßig kleine Schräg­ winkel bzw. Schwenkwinkel realisieren lassen.

Es ist bei der erfindungsgemäßen Ausbildung grundsätz­ lich nicht erforderlich, daß der Käfig des Gelenks eine sphärische Innen- und Außenfläche aufweist, und sozusagen zusätzlich zu seiner durch die Kugeln vorgege­ benen Führung zwischen dem Außen- und Innenteil gelagert ist. Da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung das zylindertrommelseitige Gelenkteil jedoch direkt an der Triebscheibe abgestützt ist, kann der Käfig in ansich bekannter Weise zwischen dem Außen- und Innenteil gelagert sein, wobei Klemmungen des Käfigs durch die direkte Abstützung des zylindertrommelseitigen Gelenkteils an der Triebscheibe verhindert sind.

Die in den Ansprüchen 2 bis 5 enthaltenen Merkmale sind aus herstellungstechnischen bzw. baulichen Gründen und aus Montagegründen vorteilhaft. Die im Anspruch 4 enthaltene Ausbildung führt insofern zu einer Verein­ fachung, weil eine innere Begrenzung des Innenteils entfällt. Das Gelenk ist trotzdem stabil, weil das Innenteil einerseits über die Kugeln und andererseits über die sphärische Außenfläche an der sphärischen Innenfläche des Außenteils in einer bezüglich des Gelenkmittelpunkts vorgegebenen Stellung fixiert ist.

Die Ausgestaltung nach Anspruch 6 führt einer sowohl aus herstellungstechnischen Gründen als auch aus Montage- bzw. Demontagegründen zu einer vorteilhaften Gliederung der Bauteile. Hierdurch ergeben sich nicht nur einzelne Bauteile kleinerer Abmessungen, sondern es können auch die für jedes Bauteil funktionsbewegten optimalen Werkstoffe eingesetzt werden. Aufgrund der zwischen dem Zapfen bzw. dem Innenteil und der Zylindertrommel vorhandenen Steckverbindung ist in einfacherWeise die Drehmitnahme der Zylindertrommel gewährleistet.

Die im Anspruch 7 enthaltenen Merkmale sind in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft. Zum einen ebenfalls aus herstel­ lungstechnischen Gründen, weil es keiner triebscheiben­ seitigen Fixierung der Zylindertrommel bedarf und deshalb ein beträchtlicher Herstellungsaufwand entfällt. Das gleiche gilt auch für den Zapfen bzw. das Innenteil, bei dem eine zylindertrommelseitige Fixierung entfällt.

Zum anderen bewirkt die Federkraft eine dichte und doch elastische Anlage der der Triebscheibe abgewandten Stirnfläche der Zylindertrommel an der gehäuseseitigen Gleitfläche, wodurch insbesondere in dem Fall eine erhöhte Abdichtung erreicht wird, wenn in diesen Flächen Steuerkanäle zur Steuerung des Pumpen- bzw. Motorbetriebes angeordnet sind. Außerdem wird gleichzeitig auch eine permanente Anlage der sphärischen Außenfläche am Innenteil an der sphärischen Innenfläche am Außenteil erreicht. Diese erfindungsgemäße Weiterbildung führt im Betrieb der axialen Kolbenmaschine zu einem ruhigen Lauf, wodurch zwangsläufig eine lange Lebensdauer vorge­ geben ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung und die Ausgestaltungen der Erfindung eignen sich nicht nur für Axial­ kolbenmaschinen konstanten Förder- oder Schluckvolumens, sondern sie eignen sich insbesondere auch für Axialkolben­ maschinen mit veränderlichem Förder- bzw. Schluckvolumen, weil mit einfachen Bauteilen verhältnismäßig große Schräg- bzw. Schwenkwinkel erreicht werden, nämlich solche bis ca. 40°.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Axialkolben­ maschine mit einem homokinetischen Gelenk zwischen der Triebscheibe und der Zylindertrommel im axialen Teilschnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des homokinetischen Gelenks und einem Teil der Zylindertrommel.

Die Axialkolbenmaschine besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 1 mit einem Deckel 2, einer Triebwelle 3, an der einstückig eine Triebscheibe 4 ausgebildet ist, einer mit der Triebscheibe 4 umlaufenden Zylindertrommel 5, die durch ein homokinetisches Gelenk 6 mit der Trieb­ scheibe 4 verbunden ist, einer Mehrzahl von Kolben 7, die in axialen Bohrungen 8 der Zylindertrommel 5 verschiebbar gelagert sind, und einer allgemein mit 9 bezeichneten Verstellvorrichtung, mit der der Schrägwin­ kel a, den die Drehachse 11 der Zylindertrommel 5 mit der Drehachse 12 der Triebwelle 3 einschließen, einzustel­ len ist.

Die Triebwelle 3 ist im Flanschteil 13 des Gehäuses 1 mittels Wälzlager 14 gelagert, die zur Aufnahme sowohl radialer als auch axialer Kräfte eingerichtet sind. Hierzu dienen z. B. zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Kegelrollenlager.

Das homokinetische Gelenk 6 besteht aus einem Außenteil 15 mit einer sphärischen, konkav gekrümmten Innenfläche 16 in einer Ausnehmung 10 (Kugelpfanne) und einem Innen­ teil 17 mit einer sphärischen Außenfläche 18, die an der sphärischen Innenfläche 16 anliegt. Das Innenteil 17 umfaßt einen Ring 19, in dessen Umfangsfläche eine Mehrzahl vorzugsweise gekrümmte Nuten 21 angeordnet sind. Den Nuten 21 sind ebenfalls vorzugsweise gekrümmte Nuten 22 in der sphärischen Innenfläche 16 zugeordnet, und in diesen Nuten sind Wälzkörper, z. B. Kugeln 23, aufgenommen, von denen nur eine dargestellt ist. Das Innenteil 17 ist im Außen­ teil 15 um den Gelenkmittelpunkt 24 schwenkbar, wobei das Innenteil 17 sowohl durch die Wälzkörper als auch durch die Anlage der sphärischen Außenfläche 18 an der sphärischen Innenfläche 16 geführt ist. Den Wälzkör­ pern ist ein Käfig 25 zugeordnet, der eine sphärische Außenfläche 26 aufweist, deren Krümmung der sphärischen Innenfläche 16 des Außenteils 15 entspricht, und der eine sphärische Innenfläche 27 aufweist, die der sphä­ rischen Außenfläche 20 des Rings 19 entspricht.

Der Ring 19 ist durch eine andeutungsweise dargestellte Zahnkupplung 28 unverdrehbar, jedoch längs verschiebbar auf einem Zapfen 29 angeordnet. Der Ring 19 ist in seiner Arbeitsposition lediglich auf seiner Trieb­ scheibe 4 zugewandten Seite fixiert und zwar durch eine Schulter 31, die durch einen Kopf 32 des Zapfens 29 gebildet ist, der einstückig an den Zapfen 29 ange­ formt oder auch mit einer Ausnehmung 33 auf einen Ansatz 34 des Zapfens 29 vorzugsweise drehfest aufgesteckt sein kann.

Der Zapfen 29 erstreckt sich bis in die Zylindertrommel 5 hinein und ist in einer Bohrung 35 mit geringem Bewe­ gungsspiel darin aufgenommen. Zwischen dem Zapfen 29 und der Zylindertrommel 5 ist ebenfalls eine Zahn­ kupplung 36 angeordnet, die bei drehsicherer Aufnahme eine axiale Verschiebung des Zapfens 29 in der Bohrung 35 gewährleistet. Am Grund der Bohrung 35 ist eine Druckfeder 37 eingesetzt, die sich an der Stirnseite des Zapfens 29 abstützt und an einer Schulter der Zylin­ dertrommel 5 angreift und diese axial in Richtung auf eine Gleitfläche 38 des Deckels 2 beaufschlagt. Die am Zapfen 29 wirksame Reaktionskraft beaufschlagt das Innenteil 17 in Richtung auf die Triebscheibe 4, wodurch die sphärische Außenfläche 18 des Innenteils 17 ständig gegen die sphärische Innenfläche 16 des Außenteils 15 beaufschlagt ist.

Die Steuerspiegelfläche 38 ist sphärisch und konvex gekrümmt. Die an der Gleitfläche 38 anliegende Stirnfläche 39 der Zylindertrommel 5 ist mit gleicher Krümmung konkav gekrümmt. Infolgedessen liegt die Zylindertrommel 5 mit ihrer Stirnfläche 39 flächig an der Gleitfläche 38 an, wobei die Anlage aufgrund der Druckfederkraft permanent und elastisch ist.

Im Betrieb der Axialkolbenmaschine, die wahlweise als Pumpe oder Motor zu arbeiten vermag, wird die Zylinder­ trommel 5 durch die Triebscheibe 4 angetrieben. Dies wird durch drei Mitnahmeverbindungen ermöglicht, nämlich durch die in den Nuten 21, 22 geführten Wälzkörper 23 und die Zahnkupplungen 28, 36. Während der Drehung der Zylindertrommel 5 werden die Kolben 7 in den Bohrun­ gen 8 hin und her geschoben, wobei das hydraulische Medium durch Kanäle 41 angesaugt bzw. ausgestoßen wird, die von den Bohrungen 8 ausgehen und in der Stirnfläche 39 münden. Den Kanälen 41 sind gegenüberliegend in der Gleitfläche 38 nicht dargestellte Saug- bzw. Druckka­ näle angeordnet. Auf eine Detailbeschreibung dieser Ausgestaltung wird verzichtet, weil sie allgemein bekannt ist.

Beim Drehen der Zylindertrommel 5 führen die Kolben 7 Pendelbewegungen aus. Dies wird durch schwenkbare in der Triebscheibe 4 gelagerte kugelförmige Kolbenköpfe 30 ermöglicht, die durch im Querschnitt verjüngte Schäfte mit den Kolben 7 verbunden sind.

Im Betrieb der Axialkolbenmaschine sind die Wälzkörper 23 und der Käfig 25 von in Richtung auf die Triebscheibe 4 an der Zylindertrommel 5 bzw. am Zapfen 29 wirksamen Kräften freigestellt, die durch den Pfeil 42 verdeutlicht sind. Dies wird durch die unmittelbare Abstützung des Zapfens 29 an der Triebscheibe 4 ermöglicht und zwar aufgrund der Anlage der sphärischen Außenfläche 18 an der sphärischen Innenfläche 16. Aufgrund deren sphäri­ schen Form ist der Zapfen 29 nicht nur axial sondern auch radial im Außenteil 15 abgestützt, und hierdurch ist auch die Lagerung der Zylindertrommel 5 an ihrem dem Gelenk 6 zugewandten Ende gewährleistet. An dem Gelenk 6 abgewandten Ende ist die Zylindertrommel 5 durch die sphärische Form der Stirnfläche 39 und der Gleitfläche 38 axial und radial gestützt.

Die Triebwelle 3 und die Zylindertrommel 5 mit den Kolben 7 und dem Gelenk 6 stellen eine vormontierbare Baueinheit dar, die einerseits zwischen einem Sicherungs­ ring 43 und andererseits durch den Deckel 2 bzw. die Gleitfläche 38 im Gehäuse 1 axial fixiert ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht nicht nur eine einfache Bauwei­ se, sondern auch eine einfache Montage bzw. Demontage, weil die Baueinheit von der Deckelöffnung 44 her montiert bzw. demontiert werden kann, wobei durch das Aufsetzen des Deckels 2 bzw. des die Gleitfläche 38 aufweisenden Bauteils die axiale Fixierung der Baueinheit erfolgt.

Die Verstellvorrichtung 9 umfaßt in an sich bekannter Weise einen Gleitschuh 46, der mit einer kreisbogenförmig gekrümmten konvexen Gleitfläche 47 an einer entsprechend gekrümmten konkaven Gleitfläche 48 des Deckels 2 anliegt und an dessen Gleitfläche 47, die vorzugsweise um den Gelenkmittel­ punkt 24 gekrümmt ist, verschwenkbar ist. Das Verschwen­ ken erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen im Deckel 2 quer zum Gehäuse 1 verschiebbaren Schieber 49, der mit einem Mitnehmer 51 in den Gleitschuh 46 einfaßt. Während des Verschwenkens drehen sich die Zylindertrommel 5 und das Gelenk 6 um den Gelenkmittel­ punkt 24. In der mit 52 bezeichneten Position des Mitneh­ mers 51 ist der Förder- bzw. Schluckvolumen der Axialkol­ benmaschine 0.

Der Winkel b, der jeweils zwischen der Ebene E ₁ der Triebscheibe 4 und der Ebene E ₂, in der die Wälzkörper angeordnet sind, besteht, beträgt etwa die Hälfte des Schwenkwinkels a. Infolgedessen befinden sich die Wälzkör­ per 23 immer auf einer Winkelhalbierenden des mit c bezeichneten Winkels zwischen den Drehachsen 11, 12 der Triebwelle 4 und der Zylindertrommel 5, wodurch der Gleichlauf des Gelenks 6 gewährleistet ist.

Claims (7)

1. Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauart mit einer Triebscheibe und einer Zylindertrommel, wobei in der Zylindertrommel eine Mehrzahl von Kolben in Kolbenbohrungen axial verschiebbar aufgenommen sind, deren Schäfte an der Triebscheibe schwenkbar gelagert sind, und die Treibscheibe und die Zylinder­ trommel durch ein homokinetisches Gelenk miteinander verbunden sind, das aus zwei relativ zueinander schwenkbaren Gelenkteilen mit im Krümmungsmittelpunkt liegenden sphärischen Flächen, nämlich einem Innenteil und einem Außenteil sowie einer Mehrzahl dazwischen in einem Käfig angeordneten Wälzkörpern besteht und in eine Ausnehmung der Triebscheibe hineinragt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (10) die sphärische Innenfläche (16) des Außenteiles (15) bildet und das zylindertrommelseitige Innenteil (17) eine zusätzliche sphärische Außenfläche (18) aufweist, die unter axialer Abstützung der Zylindertrommel (5) unmittelbar an der Innenfläche (16) der Ausnehmung (15) anliegt.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die sphärische Außenfläche (18) des Innenteils (17) an einem Zapfen (29) der Zylindertrom­ mel (5) oder einem stirnseitig auf den Zapfen (29) aufgesetzten Zapfenkopf (32) ausgebildet ist.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Innenteil (17) aus einem Ring (19) besteht, der drehgesichert (Zahnkupplung 28) auf einem Zapfen (29) der Zylindertrommel (5) angeordnet ist und an dem Ring (19) die sphärische Außenfläche (18) gebildet ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Innenteil (17) aus einem Ring (19) besteht, der längs verschiebbar auf dem Zapfen (29) angeordnet ist, und nur auf seiner der Zylindertrommel (5) abgewandten Seite durch eine Schulter (31) axial begrenzt ist.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schulter (31) einstückig am Zapfen (31) angeformt oder durch den aufgesetzten Zapfenkopf (32) gebildet ist.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zapfen (29) durch eine Steckverbin­ dung, vorzugsweise in Form einer Zahnkupplung (36), mit der Zylindertrommel (5) verbunden ist.

7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zapfen (29) längs verschiebbar in einer Bohrung (35) der Zylindertrommel (5) gelagert ist und daß die Zylindertrommel (5) durch eine zwischen ihr und dem Zapfen (29) wirksame Druckfeder (37) gegen die Steuerspiegelfläche (38) beaufschlagt ist.