DE4002017A1 - Verstellbare axialkolbenmaschine in schraegscheibenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bei der die Schrägscheibenfläche an einem um eine Schwenkachse schwenkbaren, im wesentlichen halbzylindrischen Wiegenkörper gebildet ist, der mit seiner halbzylindrischen Außenfläche in einer dazu korrespondieren­ den hohlzylindrischen Stützfläche im Maschinengehäuse der Axialkolbenmaschine gelagert ist, und die eine zum Schwenken des Wiegenkörpers vorgesehene Stelleinrichtung aufweist, die in Wirkverbindung mit einem Hebel steht, der mit dem Wiegenkörper verbunden ist und dessen Längsmittelachse die Schwenkachse schneidet.

Eine derartige Axialkolbenmaschine ist in dem Buch "Bau­ elemente der Ölhydraulik, Teil 1: Geräte zur Energieum­ wandlung" (erschienen 1974 im Krausskopf-Verlag, Mainz) auf Seite 90, in Bild 4 gezeigt. Dabei handelt es sich um eine Maschine, bei der der Wiegenkörper über ein Hand­ rad mit angeschlossener Spindel geschwenkt wird, wobei die Drehbewegung des Handrades in eine Linearbewegung eines Stellkolbens umgewandelt wird, der mit dem Außenende des erwähnten Hebels verbunden ist. An der gezeigten Maschine ist zunächst nachteilig, daß offensichtlich nur eine manuelle Einstellung des Wiegenkörpers vorgesehen ist. Bedingt durch die Anordnung der Stelleinrichtung besitzt die Maschine überaus große axiale Abmessungen. Ein ent­ scheidender Nachteil der dargestellten Maschine besteht jedoch darin, daß die gezeigte Stelleinrichtung aufgrund der Hebelanordnung im Zentrum des Wiegenkörpers nur für Maschinen verwendbar ist, bei denen die Antriebswelle den Wiegenkörper nicht durchdringt. Es ist deshalb nur eine Lagerung der Antriebswelle über die Zylindertrommel mög­ lich. Darüber hinaus ist dadurch der Anwendungsbereich der Maschine eingeschränkt, da der Einsatz einer durch den Wiegenkörper hindurchgehenden Antriebswelle, an die beispiels­ weise weitere Maschinen oder Geräte angeschlossen werden könnten, nicht möglich ist. Schließlich ist die Stellein­ richtung der dargestellten Maschine ein fester Bestandteil des Maschinengehäuses, wodurch Änderungen der Stelleinrich­ tung, um beispielsweise Kundenwünsche nach bestimmten Verstellcharakteristiken zu erfüllen, auch immer eine Änderung des Maschinengehäuses bedingen. Die Stellein­ richtung ist durch die Abhängigkeit vom Maschinengehäuse jeweils nur für einen einzigen Maschinentyp verwendbar und auch nur zusammen mit der Axialkolbenmaschine montier­ bar.

Es hat nun bereits Bestrebungen gegeben, Maschinen zu schaffen, die mit verschiedenen Stelleinrichtungen ausrüst­ bar sind oder umgekehrt ein- und dieselbe Stelleinrichtungen für verschiedene Maschinentypen zu verwenden. So ist aus der DE-OS 22 04 466 eine Axialkolbenmaschine einer Gattung bekannt, bei der die Schrägscheibe mittels zweier am Außen­ umfang befindlicher Zapfen über Kugellager im Maschinen­ gehäuse gelagert ist und durch eine die Seitenwand des Maschinengehäuses bildende Stelleinrichtung geschwenkt werden kann. Ein solche Anordnung ist nicht auf die eingangs beschriebene, gattungsgemäße Axialkolbenmaschine übertrag­ bar, da eine Anlenkung der Stellkraft außerhalb der Lager­ fläche des Wiegenkörpers zu unerwünschten Aushebelkräften führen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine mit kompakten Abmessungen zur Verfügung zu stellen, die ohne wesentliche Änderungen der Maschine mit verschiedenen getrennt montier­ baren Stelleinrichtungen versehen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hebel an einer der beiden Stirnseiten des Wiegenkörpers angeordnet ist und sich entlang der Längsmittelachse beider­ seits der mit der Schwenkachse gebildeten Schnittstelle erstreckt und zwei Hebelarme bildet, an deren Enden jeweils eine außerhalb des Maschinengehäuses angeordnete Stellein­ richtung angelenkt ist, wobei die von den Stelleinrichtungen erzeugten, an den Hebelarmen angreifenden Stellkräfte im wesentlichen gleichgroß sind und entgegengesetzte Wirk­ richtungen aufweisen.

Die außerhalb des Maschinengehäuses angeordneten Stellein­ richtungen sind sowohl getrennt von der eigentlichen Axial­ kolbenmaschine montierbar, wodurch eine Vorratshaltung ermöglicht wird, als auch leicht an verschiedene Maschinen­ typen anzubauen. Umgekehrt kann ein- und derselbe Maschinen­ typ mit verschiedenartigen Stelleinrichtungen ohne Maschinen­ gehäuseänderungen oder Änderungen an der Maschinenmechanik ausgerüstet werden. Die Anordnung des Hebels an einer der Stirnseiten des Wiegenkörpers ermöglicht es, den Wiegen­ körper zentrisch mit der Antriebswelle zu durchsetzen, so daß zum einen die Antriebswelle an ihren beiden Enden unmittelbar im Maschinengehäuse gelagert werden kann und zum anderen an dem der Schrägscheibenfläche entgegengesetzten Ende der Maschine zusätzliche Aggregate oder eine weitere Maschine an die Antriebswelle angeschlossen werden kann.

Die Ausbildung des Hebels mit zwei Hebelarmen und die An­ ordnung je einer Stelleinrichtung am Ende jedes Hebelarmes bewirkt eine Umwandlung der Stellkräfte in gleichgerichtete Drehmomente, die in den Wiegenkörper eingeleitet werden. Da die Stellkräfte gleichgroß und entgegengesetzt gerichtet sind, entstehen trotz der Stellkraftanlenkung außerhalb der hohlzylindrischen Stützfläche keine Aushebelkräfte an der Wiege.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, die Stelleinrichtungen als doppelt wirkende Stellzylinder-Stellkolben-Aggregate mit je zwei in ent­ gegengesetzter Wirkrichtung angeordneten Stellkolbenflächen auszubilden und in einer zur Schwenkachse senkrechten Ebene parallel nebeneinander und senkrecht zur Längsachse der Axialkolbenmaschine anzuordnen, wobei jeweils zwei sich diametral gegenüberliegende Stellkolbenflächen der beiden Stellzylinder-Stellkolben-Aggregate für eine Schwenkrichtung vorgesehen sind und die Räume vor diesen Stellkolbenflächen über Kanäle miteinander in Verbindung stehen. Diese Anord­ nung führt zu einer platzsparenden Konstruktion der Axial­ kolbenmaschine samt Stelleinrichtung. Es ist selbstverständ­ lich auch möglich, die zueinander parallelen Stellzylinder- Stellkolben-Aggregate parallel zur Längsachse der Axial­ kolbenmaschine anzuordnen. Da aber in den meisten Fällen der halbzylindrische Wiegenkörper nicht als voller Halb­ zylinder ausgebildet ist, sondern lediglich als Halb­ zylindersegment, müßte in einem solchen Fall ein joch­ artiges Bauteil die beiden Stellzylinder-Stellkolben- Aggregate miteinander verbinden und mit dem Hebel zum Schwenken des Wiegenkörpers verbunden sein.

Die Tatsache, daß insgesamt vier Stellkolbenflächen vorhanden sind, kann nach zwei Seiten hin jeweils mit Vorteil ausge­ nutzt werden. Es ist zum einen möglich, das Stelldruckniveau niedrig zu halten, wodurch zum Beispiel bei Einsatz einer solchen Maschine in einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf der meist von einer Hilfspumpe erzeugte Speise­ druck zum Verstellen des Wiegenkörpers ausreicht; zum anderen ist es aber auch möglich, bei entsprechend hohem Stelldruck, wenn dieser beispielsweise der Hochdruckleitung der Maschine entnommen und gegebenenfalls modifiziert wird, die Stellkolben sehr klein auszubilden, wodurch die Stellein­ richtung sehr flach baut.

Bei Axialkolbenmaschinen mit einer Vorsteuereinrichtung, die ein Nehmerteil und einen damit in Verbindung stehenden Vorsteuerpiloten aufweist, der die Zufuhr von Stelldruck­ medium zu den Stellkolbenflächen bestimmt, und mit einer Nullagenzentrierung für den Wiegenkörper kann eine wesent­ liche Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes dadurch erreicht werden, daß die Stellzylinder-Stellkolben-Aggregate in einem gemeinsamen Stellgehäuse angeordnet und voneinander beabstandet sind und in dem Zwischenraum das Nehmerteil vorgesehen ist, wobei der Vorsteuerpilot innerhalb des Stellkolbens eines der Stellzylinder-Stellkolben-Aggregate und die Nullagenzentrierung in dem anderen Stellzylinder- Stellkolben-Aggregat angeordnet ist. Die Funktionen Ver­ stellen des Wiegenkörpers, Nullagenzentrierung und Vor­ steuerung werden also in einem gemeinsamen Bauteil zusammen­ gefaßt, das separat vom Maschinengehäuse der Axialkolben­ maschine montierbar ist und nur wenig Bauraum beansprucht. Eine besonders optimale Raumausnutzung wird dabei durch das Ausnutzen von Stellkolben-Innenräumen erreicht.

Das Nehmerteil kann sowohl hydraulisch als auch mechanisch betätigbar sein. Im ersten Fall besteht dann das Nehmerteil aus einem beidseitig mit Steuerdruck beaufschlagbaren Nehmer­ kolben. Die mechanische Lösung kann in Art der bekannten Kurvenscheibenverstellung für Schrägscheibenpumpen erfolgen. Beispielsweise kann das Nehmerteil ebenfalls linear beweg­ lich jedoch gegen Verdrehung gesichert sein und eine wendel­ nutförmige Kulisse aufweisen. Die Schieberbewegung kann durch einen Zapfen erfolgen, der durch einen Drehhebel betätigt wird.

Die Erfindung soll anhand von nachstehend beschriebenen schematischen Figuren in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Axialkolbenmaschine mit montierter Stelleinrichtung im Teilschnitt,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1.

Eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise weist ein Maschinengehäuse 1 auf, in dessen Innerem eine mit einer Antriebswelle 2 drehfest verbundene Zylindertrommel 3 angeordnet ist. Wie bekannt sind in der Zylindertrommel 3 mehrere konzentrisch zur Mittelachse der Antriebswelle 2 angeordnete Arbeitskolben vorgesehen, die in den Figuren der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die längsverschieblichen Arbeitskolben stützen sich auf einer Schrägscheibenfläche 4 ab, die an einem annähernd halbzylindrischen Wiegenkörper 5 gebildet ist. Der Wiegen­ körper 5 besitzt eine zentrische Ausnehmung 6 für die Antriebs­ welle 2. Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird, ist die halb­ zylindrische Außenfläche 7 des Wiegenkörpers 5 in einer hohlzylindrischen Stützfläche 8 des Maschinengehäuses 1 beispielsweise unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern gelagert.

Der Wiegenkörper 5 ist um eine Schwenkachse A schwenkbar. An der in Fig. 1 oberen Stirnseite 9 des Wiegenkörpers 5 ist ein Hebel 10 befestigt, dessen Längsmittelachse B die Schwenkachse A schneidet. Der Hebel 10 weist zwei Hebel­ arme 11 und 12 auf, die sich beiderseits der mit der Schwenk­ achse A gebildeten Schnittstelle erstrecken und in diesem Beispiel gleichlang sind. An den Hebelarmenden ist jeweils ein Schwenkzapfen 13 bzw. 14 befestigt.

Der Hebel 10 und die Schwenkzapfen 13 und 14 ragen in ein Stellgehäuse 15 hinein, das auf die in Fig. 1 obere Seiten­ fläche des Maschinengehäuses 1 montiert ist. In dem Stell­ kolbengehäuse 15 sind zwei als doppelt wirkende Stellzylinder- Stellkolben-Aggregate ausgebildete Stelleinrichtungen parallel zueinander und senkrecht zur Längsachse der Axialkolben­ maschine angeordnet, wobei jedes Aggregat einem der Hebel­ arme 11 bzw. 12 zugeordnet ist. Das in Fig. 1 und 2 linke Stellzylinder- Stellkolben-Aggregat besteht aus einer Kolbengasse 16 und einem darin längsverschiebbaren Stell­ kolben 17. Der Stellkolben 17 weist in seinem mittleren Bereich eine zum Maschinengehäuse 1 hin offene Quernut 18 auf, in der mittels eines Gleitsteines 19 der Schwenk­ zapfen 13 geführt ist.

Das in Fig. 1 und 2 rechte Stellzylinder-Stellkolben- Aggregat besteht aus einer Kolbengasse 20 und einem aus zwei Stellkolbenteilen 21 und 22 bestehenden quergeteilten Stellkolben. Die Stellkolbenteile 21 und 22 sind an den sich zugewandten Stirnseiten zum Maschinengehäuse 1 hin mit korrespondierenden Aussparungen versehen, in denen der Schwenkzapfen 14 mittels eines Gleitsteines 23 gelagert ist. Die beiden Stellkolbenteile 21 und 22 werden durch Federpakete 24 und 25 gegeneinander verspannt, die gleiche Abmessungen aufweisen und gleichgroße, entgegengesetzt gerichtete Federkräfte erzeugen.

Die Axialkolbenmaschine sei an eine in den Figuren nicht näher erläuterte Steuerdruckgeber angeschlossen. Ein mit dem Steuerdruckgeber in Verbindung stehendes Nehmer­ teil ist als hydraulisch beaufschlagbarer Nehmerkolben 26 ausgebildet, der in einem Zwischenraum 27 zwischen den beiden Stelleinrichtungen angeordnet ist und von zwei gegensinnig wirkenden Federpaketen 28 und 29 im nicht durch die Vorsteuereinrichtung beaufschlagten Zustand in der Mittelstellung gehalten wird. Der Nehmerkolben 26 weist einen Querstift 30 auf, der mit einem innerhalb des Stell­ kolbens 17 angeordneten Vorsteuerpilot 31 in Verbindung steht. Der Vorsteuerpilot 31 ist je nach Stellung dazu in der Lage, Kanäle 32 und 33 innerhalb des Stellkolbens 17 zu verschließen oder mit Kanälen 34 und 35 zu verbinden. Die Kanäle 32 und 33 sind auf nicht näher dargestellte Weise mit einem Kanal 36 verbunden, der an eine Druckmittel­ quelle angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine funktioniert wie folgt: In Neutralstellung (Nullhubstellung) der Maschine wird der Wiegenkörper 5 durch die Federpakete 24 und 25 über die Stellkolbenteile 21 und 22 und den von diesen eingespannten Schwenkzapfen 14 sowie den Hebel 10 in seiner Mittelstellung gehalten. Die in Fig. 2 rechte Stellein­ richtung übernimmt hier also die Funktion einer Nullagen­ zentrierung. Der Hebel 10 befindet sich dabei parallel zu der Längsachse der Axialkolbenmaschine.

Soll die Maschine nun mit dem Fördern beginnen, der Wiegen­ körper 5 also ausgeschwenkt werden, so wird von der Vor­ steuereinrichtung ein Signal in Form eines Steuerdrucks beispielsweise durch einen Kanal 37 dem Nehmerkolben 26 zugeleitet. Der Nehmerkolben 26 bewegt sich dann nach in Fig. 2 unten und verschiebt mittels des Querstiftes 30 den Vorsteuerpiloten 31 des Stellkolbens 17 der linken Stelleinrichtung ebenfalls nach unten. Dadurch wird die Verbindung zwischen dem Kanal 32 und dem Kanal 34 frei­ gegeben und Druckmittel aus dem Kanal 36 wird der in der Figur oberen Stirnfläche des Stellkolbens 17 zugeleitet, so daß dieser sich nach in der Figur unten bewegt. Durch eine in den Figuren nicht dargestellte Querverbindung zwischen den Räumen vor der oberen Stirnfläche des Stell­ kolbens 17 und der unteren Stirnfläche des Stellkolben­ teils 21 wird Druckmittel auch zu der unteren Stirnfläche des Stellkolbenteils 21 geleitet. Das Druckmittel bewirkt eine nach unten gerichtete Stellkraft auf den Stellkolben 17 und eine nach oben gerichtete Stellkraft auf das Stell­ kolbenteil 21. Der Stellkolben 17 wird daher nach unten geschoben und der Stellkolben 21 nach oben. Die nach unten gerichtete Stellkraft greift an dem Schwenkzapfen 13 und damit an dem Hebelarm 11 an. Die nach oben gerichtete Stellkraft greift an dem Schwenkzapfen 14 und am Hebel­ arm 10 an. Bei gleichgroßen Stirnflächen sind die Stell­ kräfte gleichgroß aber entgegengesetzt gerichtet. Dadurch wird statt einer einseitigen Stellkraft ein querkraftfreies Drehmoment in den Wiegenkörper eingeleitet.

Trotz der Anlenkung der Stellkräfte außerhalb der Stütz­ fläche des Wiegenkörpers 5 wird ein Heraushebeln desselben verhindert, weil die Stellkräfte parallel und entgegen­ gerichtet in einer zur Schwenkachse senkrechten Ebene an­ geordnet sowie gleichgroß sind. Der geschilderte Ablauf funktioniert in analoger Weise in umgekehrter Richtung, das heißt wenn ein Rückschwenken des Wiegenkörpers 5 ge­ wünscht wird oder wenn der Wiegenkörper 5 ausgehend von der Nullage im entgegengesetzten Drehsinn ausgeschwenkt werden soll. In jedem Fall erweist es sich als besonders vorteilhaft, daß zum Verschwenken des Wiegenkörpers 5 ein relativ niedriger Druck, beispielsweise der Speisedruck in einem hydrostatischen Getriebe im geschlossenen Kreis­ lauf vollkommen ausreichend ist, da insgesamt vier Stell­ kolbenflächen, nämlich zwei für jede Schwenkrichtung, vorhanden sind.

Die Zusammenfassung und Anordnung von Stelleinrichtung, Zentrierfedern und Vorsteuer-Nehmerteil in einem gemein­ samen, von dem Maschinengehäuse separaten Stellgehäuse ermöglicht eine getrennte Herstellung dieser Bauteile und eine Ausrüstung ein- und desselben Maschinentyps mit ver­ schiedenen Stelleinrichtungen. So ist es möglich, anstelle eines als hydraulisch gesteuerten Nehmerkolbens ausgebil­ deten Nehmerteiles durch Austausch von nur wenigen Teilen eine andere Steuerungsart, zum Beispiel eine Kurvenscheiben­ verstellung zu realisieren.

Claims (4)

1. Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbau­ weise bei der die Schrägscheibenfläche an einem um eine Schwenkachse schwenkbaren, im wesentlichen halbzylin­ drischen Wiegenkörper gebildet ist, der mit seiner halb­ zylindrischen Außenfläche in einer dazu korrespondieren­ den hohlzylindrischen Stützfläche im Maschinengehäuse der Axialkolbenmaschine gelagert ist, und die eine zum Schwenken des Wiegenkörpers vorgesehene Stelleinrichtung aufweist, die in Wirkverbindung mit einem Hebel steht, der mit dem Wiegenkörper verbunden ist und dessen Längs­ mittelachse die Schwenkachse schneidet, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Hebel (10) an einer der beiden Stirn­ seiten des Wiegenkörpers (5) angeordnet ist und sich entlang der Längsmittelachse (B) beiderseits der mit der Schwenkachse (A) gebildeten Schnittstelle erstreckt und zwei Hebelarme (11, 12) bildet, an deren Enden je­ weils eine außerhalb des Maschinengehäuses angeordnete Stelleinrichtung angelenkt ist, wobei die von den Stell­ einrichtungen erzeugten, an den Hebelarmen (11, 12) angreifenden Stellkräfte im wesentlichen gleichgroß sind und entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Stelleinrichtungen als doppelt wirkende Stellzylinder-Stellkolben-Aggregate (16, 17, 20, 21, 22) mit je zwei in entgegengesetzter Wirkrichtung angeord­ neten Stellkolbenflächen ausgebildet und in einer zur Schwenkachse senkrechten Ebene parallel nebeneinander und senkrecht zur Längsachse der Axialkolbenmaschine angeordnet sind, wobei jeweils zwei sich diametral gegen­ überliegende Stellkolbenflächen der beiden Stellzylinder- Stellkolben-Aggregate (16, 17, 20, 21, 22) für eine Schwenkrichtung vorgesehen sind und die Räume vor diesen Stellkolbenflächen über Kanäle miteinander in Verbindung stehen.

3. Axialkolbenmaschine mit einer Vorsteuereinrichtung die ein Nehmerteil und einen damit in Verbindung stehenden Vorsteuerpiloten aufweist, der die Zufuhr von Stelldruck­ medium zu den Stellkolbenflächen bestimmt, und mit einer Nullagenzentrierung für den Wiegenkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellzylinder-Stell­ kolben-Aggregate (16, 17, 20, 21, 22) in einem gemeinsamen Stellgehäuse (15) angeordnet und voneinander beabstandet sind und in dem Zwischenraum (27) das Nehmerteil vorge­ sehen ist, wobei der Vorsteuerpilot (31) innerhalb des Stellkolbens eines der Stellzylinder-Stellkolben- Aggregate (16, 17) und die Nullagenzentrierung (24, 25) in dem anderen Stellzylinder-Stellkolben-Aggregat (20, 21, 22) angeordnet ist.

4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Nehmerteil als beidseitig mit Steuerdruck beaufschlagbarer Nehmerkolben (26) ausgebildet ist.