DE3625429A1 - Axialkolbenmaschine in triebflanschbauform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Axialkolbenmaschinen in Triebflanschbauform bekannt, bei denen die Zylindertrommel auf einem Mittelzapfen gelagert ist, der mit einem Kugelkopf in einer Kugelkalotte des Triebflansches derart gelagert ist, daß die Zylindertrommel­ achse die Triebflanschachse in einem Punkt schneidet, der in der Ebene liegt, in der die Mittelpunkte der Kugelköpfe der Kolbenstangen liegt (FR-PS 73.2 991-Pub.21 99 811). Hier ist die genaue Ausrichtung der Zylindertrommeldrehachse auf diesen Mittelpunkt erforderlich, weil das Mitnehmen der Zylindertrommel durch Anliegen der Kolbenstangen erfolgt (DE-OS 36 17 037).

Weiterhin sind Axialkolbenmaschinen bekannt, bei denen die Zylindertrommel durch ein homokinetisches Gelenk mit dem Triebflansch verbunden ist und bei denen entsprechend die Kolbenstangen ausschließlich zur Übertragung der Kolbenkräfte auf den Triebflansch, nicht aber zur Mitnahme der Zylindertrommel dienen und bei denen die Zylindertrommel­ drehachse nicht auf den Triebflanschmittelpunkt ausgerichtet ist.

Weiterhin ist ein Gleichlaufgelenk zur Verbindung zweier Wellen miteinander, vorzugsweise zur Verbindung der Triebflanschwelle mit der Zylindertrommel, bekannt, wobei in diesem Gelenk eine Kugel vorgesehen ist und beide miteinander zu verbindenden Wellen im Bereich ihrer Stirnseite eine schmale, ringförmige, vorzugsweise hohl­ sphärisch ausgestaltete Fläche aufweisen, die gegen die Kugel abgestütz ist, so daß beide Wellen auf den Kugelmittel­ punkt ausgerichtet sind (DE-OS 34 27 437, DE-OS 35 26 496). Hierbei ist nicht eindeutig einem der beiden Bauteile, beispielsweise dem Triebflansch, eine konvexsphärische und dem anderen Bauteil eine konkavsphärische Fläche zuge­ ordnet.

Es ist bekannt, daß die Zylindertrommel einer Axialkolben­ maschine mittels einer durch den Arbeitsdruck des Druck­ mittels erzeugten Kraft mit ihrer einen Teil eines Steuer­ drehschiebers bildenden Stirnfläche gegen die Drehschieber­ gegenfläche gedrückt wird, wobei zusätzlich eine Feder zum Andrücken vorgesehen ist, um zu sichern, daß die Zylindertrommelstirnfläche auch dann dichtend gegen die Steuerschiebergegenfläche anliegt, wenn noch kein Druck­ mitteldruck aufgebaut ist. Ist der Mittelzapfen in dem die Steuerdrehschiebergegenfläche tragenden Bauteil gelagert, ist auf diesem Wege der Kraftkreislauf über Feder, Zylinder­ trommel, Steuerdrehschiebergegenfläche tragendes Bauteil und Mittelzapfen geschlossen. Ist jedoch der Mittelzapfen über eine sphärische Fläche und eine hohlkugelige Gegen­ fläche gegen den Triebflansch abgestützt, muß auch die Zylindertrommelandrückfederkraft über dieses Gelenk über­ tragen werden.

Für Baugruppen, die dazu dienen, die Zylindertrommel mit der Drehbewegung des Triebflansches mitzunehmen, ergeben sich mehrere Schwierigkeiten:

Insbesondere bei größeren Ungleichförmigkeiten in der Drehbewegung, wie sie bei plötzlichem Abbremsen und plötzlicher Drehrichtungsumkehr auftreten, und bei großem Trägheitsmoment der Zylindertrommel müssen große Momente übertragen werden.

Innerhalb des Kreises der Kugelköpfe der Kolbenstangen steht nur ein sehr begrenzter Einbauraum zur Verfügung.

Bestimmte Gelenke sind nur dann funktionsfähig, wenn beide miteinander zu verbindenden Wellen auf den Gelenkmittel­ punkt fixiert ausgerichtet sind.

Bestimmte Bauformen von Gelenken sind nicht geeignet, Axialkräfte zu übertragen, wie beispielsweise die Axial­ kräfte, die zum Grundlastandrücken der Zylindertrommel durch eine Feder erforderlich sind.

Andere Gelenke sind nicht für Winkel zwischen den beiden Wellen geeignet, die so groß sind, wie sie bei neuzeit­ lichen Axialkolbenmaschinen gewünscht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bezüglich des Hubvolumens pro Umdrehung einstellbare Axialkolbenmaschine mit Mitnahme der Zylindertrommel gegenüber der Triebwellen­ drehung durch eine Mitnahmebaugruppe zu schaffen, wobei als Mitnahmebaugruppe auch eine solche verwendbar sein soll, bei der beide Wellen auf einen vorgegebenen Punkt fixiert sein müssen und wobei diese Fixierung gleichzeitig zum Ausrichten der Zylindertrommeldrehachse auf dem Triebflanschmittelpunkt benutzt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Das heißt, es ist ein stern­ warteähnlicher oder panzergeschützturmähnlicher Körper gebildet, innerhalb dessen die Mitnahmebaugruppe angeordnet ist, wobei die sphärische Fläche des Hohlkörpers und die hohlsphärische Gegenfläche zum Ausrichten des Mittelzapfens auf den Triebflanschmittelpunkt dienen. Die sphärische Fläche an dem Hohlkörper kann eine gehärtete, geschliffene Fläche sein. Die hohlsphärische Fläche kann aus einem Buntmetall, beispielsweise Bronze, bestehen und eine der beiden Flächen kann mit Schmiernuten versehen sein. Der Hohlkörper kann mit dem Triebflansch verbunden sein und die hohlsphärische Gegenfläche entsprechend mit einem die Zylindertrommel führenden Mittelzapfen verbunden sein oder es kann umgekehrt der Hohlkörper mit dem die Zylinder­ trommel führenden Mittelzapfen verbunden sein und die hohlkugelige Gegenfläche im Triebflansch angeordnet sein.

Die in dem Hohlkörper angeordnete Mitnahmebaugruppe kann ein Kegelrädertrieb sein, wobei es sogar möglich ist, daß innerhalb der Kegelräder zusätzlich ein zweites aus Kugel und Kugelkalotte gebildetes Führungsglied vorgesehen ist. Das bedeutet jedoch, daß die Kugelmittelpunkte beider Kugelflächen sowohl des Hohlkörpers, in dem der Kegeltrieb angeordnet ist, wie auch des Kugelgelenks innerhalb des Kegeltriebes genau im gleichen Punkt liegen, damit keine Zwängungen entstehen. Vorzuziehen ist es, nur die gemäß der Erfindung vorgesehene Zentrierung durch einen Hohlkörper, in dem die Mitnahmebaugruppe angeordnet ist, und die hohlkugelige Gegenfläche vorzusehen. Die bisher im praktischen Einsatz bewährten Kegeltriebe sind nur für unveränderbare Winkel zwischen den Wellen, das heißt bei einer Axialkolbenmaschine eine Maschine mit unveränder­ barem Hubvolumen pro Umdrehung geeignet und in diesem Rahmen ist die Lösung gemäß der Erfindung auch für Axialkolbenmaschinen mit unveränderbarem Hubvolumen vorge­ sehen, sofern hier nicht eine einfachere Lösung für Zentrierung und Abstützung möglich ist. Die Mitnahmebau­ gruppe kann aber auch ein Gelenk, vorzugsweise ein homokinetisches Gelenk, in an sich bekannter Bauform sein. Zweckmäßigerweise kann die Mitnahmebaugruppe ein Kreuz­ zapfenkardangelenk sein, wobei für größere Neigungswinkel zwischen Triebflanschdrehachse und Zylindertrommeldrehachse vorzugsweise zwei hintereinander geschaltete Kreuzzapfen­ kardangelenke in einem Doppelgelenk vorgesehen sind, so daß jedes dieser beiden Kreuzzapfenkardangelenke nur die Hälfte des Neigungswinkels aufzunehmen braucht.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Axialkolbenmaschine, bei der der sphärische Hohlkörper mit dem Triebflansch und die hohlkugelige Gegenfläche mit dem Mittel­ zapfen verbunden ist.

Fig. 2 zeigt im Schnitt eine Axialkolbenmaschine, bei der der Hohlkörper mit dem die Zylindertrommel führenden Mittelzapfen verbunden ist und die hohlkugelige Gegenfläche im Triebflansch angeord­ net ist.

Die Triebwelle 1 ist fest mit dem Triebflansch 2 verbunden und über ein Wälzlager 3 in dem Gehäuse 4 der Axialkolben­ maschine gelagert. Die Zylindertrommel 5 ist gegen einen Schwenkschlitten 6 abgestützt, dessen zylindrische Fläche 7 gegen eine hohlzylindrische Fläche 8 am Gehäuseboden 9 abgestützt ist.

In der Zylindertrommel 5 sind Zylinder 10 vorgesehen, wobei in jedem Zylinder 10 ein Kolben 11 verschiebbar ist, der mittels einer Kolbenstange 12, die an ihrem triebflanschseitigen Ende einen Kugelkopf 13 aufweist, in dem Triebflansch 2 abgestützt ist. Eine Rückhalteplatte 14 umgreift die einzelnen Kugelköpfe 13 und verhindert, daß diese aus den Kugelkalotten 15 im Triebflansch 2 abheben.

In der Triebflanschwelle 1 ist eine zentrale Bohrung 16 vorgesehen, die eine Keilverzahnung 17 aufweist und in der eine Buchse 18 verschiebbar ist, die außen eine mit der Keilverzahnung 17 korrespondierende Keilverzahnung aufweist.

Die Hülse 18 weist ihrerseits eine Innenbohrung 19 auf, in die ein Endzapfen 20 eines handelsüblichen Gelenkes 21 eingesetzt ist, wobei dieser Zapfen 20 mit der Hülse 18 durch einen Mitnahmebolzen 22 verbunden ist. In eine weitere Bohrung 23 des Triebflansches 2 ist ein Hohlzapfen 24 eingesetzt, der einen Hohlkugelringkörper 25 trägt, auf dessen sphärischer Fläche 26 sich die Hohlkugelfläche 27 eines Stützkörpers 28 abstützt, der seinerseits eine Bohrung 29 aufweist, in der ein Mittelzapfen 30 geführt ist. Der Mittelzapfen 30 weist einen Bund 31 auf, der außen mit einer Keilverzahnung 32 versehen ist, die ihrer­ seits mit einer entsprechenden Keilverzahnung in der Bohrung 33 der Zylindertrommel 5 kämmt. Eine Feder 34 ist einerseits gegen einen Bund 35 an der Zylindertrommel 5 abgestützt und andererseits gegen den Bund 31 am Mittel­ zapfen 30. Der Mittelzapfen 30 weist weiterhin eine Bohrung 36 auf, in der der zweite Zapfen 37 des homokine­ tischen Gelenks 22 gelagert und durch einen Mitnahmebolzen 38 festgehalten ist.

Das Gelenk 21 besteht aus zwei hintereinander geschalteten Kardan-Kreuzgelenken, die durch ein Gelenkmittelteil 40 mit­ einander verbunden sind, wobei das der Triebwelle 1 benach­ barte Gelenk kreuzweise angeordnete Zapfen 41 und das der Zylindertrommel benachbarte Gelenk kreuzweise angeordnete Zapfen 42 aufweist, wobei in der in der Zeichnung darge­ stellten Lage die Achsen der Lager, die mit dem Zapfen 20 bzw. dem Zapfen 37 verbunden sind, senkrecht zur Zeichenebene stehen und die Achsen der Lager in dem Gelenkmittelteil 40 in der Zeichenebene liegen.

Der Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Fläche 26 und der hohlsphärischen Fläche 27 liegt in der Drehachse der Trieb­ welle 1 in der Ebene, in der die Mittelpunkte der Kugel­ köpfe 13 liegen.

Das Wesentliche ist somit, daß zur Mitnahme der Zylinder­ trommel ein Mitnahmegelenk vorgesehen ist, wobei dieses innerhalb der Kugelfläche 26, 27 angeordnet ist, die zum Ausrichten der Zylindertrommel dient. Über diese Kugel­ fläche 26 und die Hohlkugelgegenfläche 27 können auch Kräfte übertragen werden, die von der Feder 34 erzeugt werden.

Bei der Ausgestaltungsform gemäß Fig. 2 sind in dem mit der Triebwelle 51 verbundenen Triebflansch 52 wiederum Kugel­ köpfe 63 gelagert, die am Ende von Kolbenstangen 62 ange­ ordnet sind, wobei diese Kugelköpfe durch eine Rückhalte­ platte 64 im Triebflansch 52 gehalten sind.

Gegen den Spreizring 49, der in eine Nut der Zylinder­ trommel 5 eingesetzt ist, stützt sich die Verzahnung des Bundes 31 ab, so daß Mittelzapfen 30 und Zylindertrommel 5 mit der Feder 34 zusammen als vormontiertes Bauteil einge­ baut werden können.

In der Triebwelle 51 ist eine Bohrung 66 vorgesehen, in der fest ein Zapfen 71 angeordnet ist, der Klauenkupplungs­ klauen 72 aufweist, in die andererseits Klauenkupplungs­ klauen 73 eines Zwischenbauteiles 74 eingreifen, welches durch einen Mitnahmezapfen 75 mit dem Zapfen 70 eines Doppel-Kreuzzapfenkardangelenkes mit den Kreuzzapfen­ teilen 80 und 81 und einem Zwischenbauteil 82 gelagert ist, wobei das Kreuzzapfenteil 81 mit seinen Zapfen 83 in einem Bauteil gelagert ist, welches einen Zapfen 84 trägt, der in eine Bohrung 85 des Mittelzapfens 86 einge­ setzt ist. Über diesen Mittelzapfen 86 ist eine Hohl­ welle 87 geschoben, wobei die Bauteile 84, 86 und 87 durch einen Mitnahmebolzen 88 miteinander verbunden sind.

Am triebflanschseitigen Ende der Hohlwelle 87 ist ein Hohlkugelkörper 89 befestigt, der auf seiner Außenseite eine Kugelringfläche 90 aufweist, in der Schmiernuten 91 vorgesehen sind.

Im Triebflansch 52 ist eine Kugelkalotte 92 vorgesehen, in der die Kugelfläche 90 des Hohlkugelkopfes 89 gelagert ist. Die Rückhalteplatte 64 weist ebenfalls eine hohlkugel­ ringflächige Fläche 95 auf, die sich ebenfalls an die Kugelfläche 90 des Hohlkugelkörpers 89 anlegt und verhindert, daß der Hohlkugelkörper 89 aus der Kugelkalotte 92 des Triebflansches 52 abhebt.

Die Zylindertrommel 55 weist eine Verzahnung 96 auf, die mit einer Verzahnung 97 des Mittelzapfens 86 in Eingriff steht. In eine Nut 98 der Zylindertrommel 55 ist ein Sprengring 99 eingesetzt, gegen den sich das Ende der Verzahnung 97 abstützt.

Die Klauenkupplung 72, 73 ermöglicht es dem Gelenkteil, in dem die Kreuzzapfen 80 gelagert sind, sich in Richtung der Drehachse der Welle 51 zu verschieben. Das ist dann erforderlich, wenn bei einem Ändern des Winkels zwischen der Achse der Zylindertrommel 55 und damit des Mittel­ zapfens 86 und der Achse der Welle 51 sich nicht alle Gelenkbauteile genau um den Mittelpunkt der Kugelflächen 90 und 92 bewegen, sondern ein Teil sich auf einem Kreisbogen verschiebt, dessen Mittelpunkt außerhalb dieses Kugel­ mittelpunktes liegt mit der Folge, daß ein Gelenkteil eine geringfügige Längsverschiebung ausführen muß oder wenn Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden sollen.

Der Mittelpunkt der Kugelflächen 90 und 92 liegt in der Ebene, in der die Mittelpunkte der Kugelköpfe 53 liegen und in der Drehachse der Welle 51. Dadurch wird der Mittelzapfen 56 und über diesen die Zylindertrommel 55 immer auf diesen Mittelpunkt des Triebflansches 52 aus­ gerichtet. Zum Andrücken der Zylindertrommel dienende Kräfte können über die Kugelfläche 90 auf die Hohlkugel­ fläche 92 und damit auf den Triebflansch 52 übertragen werden.

Durch die Gestaltung des Bauteiles, welches die Kugel­ oberfläche aufweist, auf der die Hohlkugelgegenfläche abgestützt ist, als Hohlkörper, steht also eine große Kugelfläche und Hohlkugelgegenfläche zum Ausrichten zur Verfügung und steht gleichzeitig hinreichend Raum zur Verfügung, innerhalb des Hohlkörpers eine Mitnahmebaugruppe, vorzugsweise in Form eines Gelenkes unterzubringen und zwar auch dann, wenn dieses Gelenk es erfordert, daß die beiden Wellenteile zumindest annähernd auf einen bestimmten Punkt ausgerichtet sind, wobei die Kugelfläche und die Hohlkugelgegenfläche geeignet sind, Kräfte aufzunehmen. Die relativen Gleitgeschwindigkeiten an diesen Flächen sind nicht größer als an der Steuerdrehschieberstirnfläche der Zylindertrommel, wobei jedoch dort andere Bedingungen herrschen insofern, als mit steigendem Arbeitsdruck die Andrückkraft größer wird, andererseits auch die Abhebekraft durch den Flüssigkeitsdruck in den Kanälen größer wird. Es bestehen hinreichende Möglichkeiten, die sich berührenden Teilabschnitte der Kugeloberfläche und der Hohlkugelgegen­ fläche mit Schmiermittel zu versorgen.

Claims (8)

1. Axialkolbenmaschine mit einer Zylindertrommel, in der zumindest annähernd parallel zur Zylindertrommeldrehachse Zylinder angeordnet sind, wobei in jedem Zylinder ein Kolben verschiebbar ist, der mittels einer mit einem Kugelkopf versehenen Kolbenstange gegen einen gemeinsamen, mit der Welle verbundenen Triebflansch abgestützt ist, wobei die Zylindertrommeldrehachse mittels einer sphärischen Fläche, deren Mittelpunkt in der Wellendreh­ achse und der Ebene liegt, in der die Mitten der trieb­ flanschseitigen Kugelköpfe der Kolbenstangen liegen, und einer Hohlkugelgegenfläche derart geführt ist, daß diese Zylindertrommeldrehachse auf diesen Mittel­ punkt ausgerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sphärische Fläche (26, 90) an einem Hohlkörper (25, 89) gebildet ist, wobei innerhalb des Hohlkörpers (25, 89) eine die Zylindertrommel (5, 55) mit dem Trieb­ flansch (2, 52) verbindende Mitnahmebaugruppe (22, 40, 41, 42 bzw. 80, 81, 82, 83, 84) angeordnet ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mitnahmebaugruppe ein Gelenk (22, 21 40, 41, 42 bzw. 80, 81, 82, 83, 84) vorzugsweise ein homokinetisches Gelenk ist.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (89) an einem mit dem die Zylindertrommel (55) führenden Mittel­ zapfen (86) verbundenen Bauteil (87) angeordnet ist und die Hohlkugelfläche (92) am Triebflansch (52) angeordnet ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (25) mit dem Triebflansch (2) verbunden ist und die Hohlkugel­ fläche (27) an einem mit dem die Zylindertrommel (5) führenden Mittelzapfen (30) verbundenen Bauteil (28) angeordnet ist.

5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktions­ mittelpunkt der Mitnahmebaugruppe ebenfalls in dem Mittelpunkt der sphärischen Fläche (26 bzw. 90) und der Hohlkugelgegenfläche (27 bzw. 92) liegt.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Teil des Mitnahmegelenks in dem zugeordneten Bauteil (2 oder 5 bzw. 52 oder 86) festgelegt und ein anderes Teil des Mitnahmegelenks mit dem anderen Bauteil (5 oder 2 bzw. 86 oder 52) drehfest, aber längsverschiebbar verbunden ist.

7. Axialkolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk ein Kreuzzapfenkardangelenk ist.

8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gelenk aus zwei hintereinander geschalteten Kreuzzapfenkardangelenken besteht.