DE4011737A1 - Verstellbare axialkolbenmaschine in schraegscheibenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer drehfest mit einer Antriebswelle verbundenen Zylindertrommel, die eine Mehr­ zahl von konzentrischen Zylinderbohrungen mit darin längs­ beweglichen Kolben aufweist und mit einer von der Antriebs­ welle durchsetzten, im wesentlichen halbzylindrischen Schrägscheibe, auf der die Kolben mit Hilfe von Gleit­ schuhen abgestützt sind und die auf zwei durch die Antriebs­ welle getrennten, hohlzylindrischen Lagerflächen im Maschinen­ gehäuse gleitgelagert ist, wobei zur Druckentlastung der Gleitschuhe diese jeweils mit einem auf der Schrägscheibe mündenden Druckentlastungskanal versehen sind, der über eine Axialbohrung im zugeordneten Kolben mit dessen Zylinder­ bohrung in Verbindung steht, und wobei in die Lagerflächen, die die Schrägscheibe aufnehmen, Druckentlastungsaus­ nehmungen eingearbeitet sind, die durch Versorgungskanäle in der Schrägscheibe an die Druckentlastungskanäle der Gleitschuhe anschließbar sind.

Die Druckentlastungskanäle der Gleitschuhe dienen dem Aufbau eines hydrostatischen Schmierfilms zwischen der Oberfläche der Schrägscheibe und den darauf abgestützten Gleitschuhen und ermöglichen ein reibungsarmes Gleiten während der Rotationsbewegung der Zylindertrommel. Durch die Drucktaschenausnehmungen in der Lagerfläche der Schräg­ scheibe wird dort ebenfalls ein hydrostatischer Schmier­ film aufgebaut, der die zum Schwenken der Schrägscheibe erforderlichen Verstellkräfte verringert.

Eine derartige Axialkolbenmaschine ist aus der DE-OS 37 24 285 bekannt. Die beiden Lagerflächen des wiegen­ artigen Schrägscheibenkörpers sind jeweils mit zwei parallelen Druckentlastungsausnehmungen versehen, wobei die Druckentlastungsausnehmungen auf der hochdruckseitigen Lagerfläche des Schrägscheibenkörpers nacheinander mit Hochdruck beaufschlagt werden. Die Druckentlastungsaus­ nehmungen werden über Versorgungskanäle in der Schräg­ scheibe aus den Druckentlastungskanälen der Gleitschuhe mit Drucköl versorgt. Dabei ist vorgesehen, daß bei Ent­ lastung der einen Ausnehmung die zweite Ausnehmung bereits zumindest wieder teilweise belastet ist. Dadurch werden weitgehend konstante und drehzahlunabhängige Entlastungs­ kräfte im Bereich der Schrägscheibenlagerung erzeugt.

An der beschriebenen Axialkolbenmaschine ist nachteilig, daß zwei Druckentlastungsausnehmungen je Lagerfläche benötigt werden, was unabhängig von deren Anordnung in Lagerschalen der Lagerfläche oder im Wiegenkörper selbst einen erhöhten Bauaufwand erfordert. Zudem ist eine bestimmte Mindestbreite der Lagerfläche vonnöten, so daß auch die Maschinenabmessungen gegenüber einer Maschine mit nur einer Druckentlastungsausnehmung in jeder Lager­ fläche erhöht sind. Darüber hinaus entsteht durch das ständige Füllen und Entleeren der Druckentlastungsaus­ nehmungen Strahlkavitation an den Gleitschuhen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine Maschine der gattungsgemäßen Art zur Verfügung zu stellen, die preisgünstiger herstellbar ist und reduzierte Abmessungen aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gleitschuhe im wesentlichen drehfest auf einer kreis­ ringförmigen Gleitscheibe abgestützt sind, die drehbeweg­ lich auf der Schrägscheibe gleitgelagert ist und die auf der mit der Schrägscheibe in Kontakt stehenden Seite mit einer Mehrzahl von Druckentlastungstaschen versehen ist, die über Verbindungskanäle in der Gleitscheibe an die Druckentlastungskanäle der Gleitschuhe anschließbar sind, wobei in jeder Lagerfläche der Schrägscheibe eine einzige Druckentlastungsausnehmung vorgesehen ist, die über mindestens einen Versorgungskanal ständig an mindestens eine Druck­ entlastungstasche in der Gleitscheibe angeschlossen ist.

Statt punktueller Druckentlastungsstellen, wie sie bei den Maschinen des Standes der Technik zwischen den Gleit­ schuhen und der Schrägscheibe entstehen und die zur Ver­ sorgung der hydrostatischen Schrägscheibenentlastung herangezogen werden, was zu einem periodischen Zusammen­ brechen des Druckes in den einzelnen Druckentlastungs­ ausnehmungen der Schrägscheibe führt, entstehen flächen­ größere Druckfelder, die durch entsprechende Gestaltung der Versorgungskanäle eine konstante Versorgung der Druckentlastungsausnehmungen gewährleisten.

Dies kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch geschehen, daß der Druckentlastungsaus­ nehmung jeder Schrägscheibenlagerfläche zwei voneinander beabstandete Versorgungskanäle zugeordnet sind, deren Mündungsabstand auf der Schrägscheibe größer ist als die Breite der Trennstege der Druckentlastungstaschen. Das heißt, es kann immer nur eine der Mündungen der Versorgungs­ kanäle von den Trennstegen zwischen den Druckentlastungs­ taschen der Gleitscheibe verschlossen werden. Es ist selbst­ verständlich auch möglich, für jede Schrägscheibenlager­ fläche nur einen Versorgungskanal vorzusehen, der jedoch mit zwei auf der Schrägscheibe mündenden, voneinander beabstandeten Zweigkanälen versehen ist.

In einer anderen, ebenso vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist der Drucktaschenausnehmung jeder Schrägscheiben-Lagerfläche ein Versorgungskanal zugeordnet, dessen Mündung auf der Schrägscheibe erweitert ist, wobei die Mündungsweite die Breite der Trennstege der Druckent­ lastungstaschen übersteigt.

Zu dem oben genannten Vorteil der konstanten Druckver­ hältnisse in den Druckentlastungsausnehmungen kommt hinzu, daß die Fertigung einer solchen Maschine vereinfacht wird, weil nur eine Druckentlastungsausnehmung in jeder Lager­ fläche benötigt wird. Die Druckentlastungsausnehmung kann dabei sowohl in das Maschinengehäuse als auch in den Schräg­ scheibenkörper eingearbeitet sein. Mit der Fertigungsverein­ fachung geht der Vorteil einher, daß die Lagerfläche der Schrägscheibe schmaler wird, wodurch bei unverändertem Maschinendurchmesser die Länge der Maschine verkürzt werden kann, weil das Lager der Antriebswelle zwischen die Lager­ flächen der Schrägscheibe paßt.

Es erweist sich als zweckmäßig, die mit der Schrägscheibe in Kontakt stehende Seite der Gleitscheibe mit einer ange­ formten kreisringförmigen Lauffläche zu versehen, deren Breite kleiner ist als der Durchmesser eines Gleitschuhes. Dadurch kann der Durchmesser der Schrägscheibe trotz unver­ ändertem Durchmesser der Gleitschuhe erheblich verkleinert werden, was eine Gewichts- und Größenverringerung der Schräg­ scheibe und damit auch der Axialkolbenmaschine die Folge hat. Darüber hinaus kann auch die Verstellgeschwindigkeit der Schrägscheibe wegen der geringeren Massenkräfte erhöht werden, wodurch sich das dynamische Verhalten der Axial­ kolbenmaschine verbessert.

Bei Axialkolbenmaschinen bei denen die Gleitschuhe jeweils eine Gleitschuhplatte und einen Gleitschuhhals aufweisen und wobei die der Schrägscheibe entgegengesetzten Seiten der Gleitschuhplatten mit einer kreisringförmigen, feder­ kraftbelasteten Niederhalteplatte in Kontakt stehen, die mit konzentrischen, zu den Zylinderbohrungen der Zylinder­ trommel korrespondierenden Ausnehmungen zur Aufnahme der Gleitschuhhälse versehen sind, ist in einer günstigen Weiter­ bildung des Erfindungsgegenstandes vorgesehen, daß zwischen der Gleitscheibe und der Niederhalteplatte eine Distanz­ scheibe vorgesehen ist, deren Dicke im wesentlichen der Dicke der Gleitschuhplatten entspricht und die mit zu den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel korrespondierenden Ausnehmungen zur Aufnahme der Gleitschuhplatten versehen ist, wobei die Abmessungen der Ausnehmungen aus der Schräg­ stellung der Schrägscheibe resultierende Relativbewegungen der Gleitschuhe auf der Gleitscheibe ermöglichen und wobei die Gleitscheibe mit der Distanzscheibe und der Niederhalte­ platte drehfest verbunden ist. Durch diese Anordnung werden eine ganze Reihe von Vorteilen erreicht. Zum einen sind sowohl die Gleitscheibe als auch die Distanzscheibe und die Niederhalteplatte wirtschaftlich herstellbar, zum anderen gestaltet sich deren Montage sehr einfach, wenn beispielsweise eine Verbördelung vorgesehen ist. Obwohl mit einer derartigen Anordnung eine drehfeste Verbindung zwischen den Gleitschuhen und der Gleitscheibe erreicht ist, wird trotzdem noch eine aus der Schrägstellung der Schrägscheibe und der dadurch hervorgerufenen Exentrizität der Gleitscheibe erforderliche, geringfügige Relativbe­ wegung der Gleitschuhe in bezug auf die Gleitscheibe ermög­ licht. Aufgrund dieser nur geringen Relativbewegung und infolge der formschlüssigen Umfassung der Gleitschuhe wird ein Verkippen der Gleitschuhe insbesondere beim Anfahren der Axialkolbenmaschine verhindert.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden schematischen Figuren in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine,

Fig. 2 einen Längsschnitt senkrecht zu dem Längsschnitt nach Fig. 1 bei ausgeschwenkter Schrägscheibe,

Fig. 3 eine Gleitscheibe im Querschnitt als Detailzeichnung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Gleitscheibe nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 1,

Fig. 6 eine Variante von Fig. 5,

Fig. 7 einen Schnitt gemäß Linie VII-VII in Fig. 6.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist ein Maschinen­ gehäuse 1 auf, das von einem Deckel 2 verschlossen wird und in dem eine Antriebswelle 3 in einem Lager 4 des Maschinengehäuses 1 und einem Lager 5 des Deckels 2 drehbar ist. Eine Zylindertrommel 6 ist drehfest mit der Antriebs­ welle 3 verbunden. In konzentrischen Zylinderbohrungen 7 der Zylindertrommel 6 sind Kolben 8 längsbeweglich, wobei die Kolben 8 mit den außerhalb der Zylinderbohrung 7 ange­ ordneten Enden mit Gleitschuhen 9 versehen sind. Die Gleit­ schuhe 9 sind durch ein kugelförmiges Teil gelenkig mit den Kolben 8 verbunden. Darüber hinaus weist jeder Gleit­ schuh 9 eine Gleitschuhplatte 10 und einen Gleitschuh­ hals 11 auf. Jeder Kolben 8 ist mit einer Axialbohrung 12 versehen, der an einen Druckentlastungskanal 13 des zuge­ ordneten Gleitschuhes 9 anschließt. Der Druckentlastungs­ kanal 13 mündet in der Stützfläche der Gleitschuhplatte 10. Diese ist auf einer kreisringförmigen Gleitscheibe 14 abgestützt. Die Gleitscheibe 14 wiederum liegt auf einer im wesentlichen halbzylindrischen Schrägscheibe 15 auf, die von der Antriebswelle 3 durchsetzt ist, wodurch sich zwei getrennte Lagerflächen 16 und 17 ergeben, die hohl­ zylindrisch sind und in denen die Schrägscheibe 15 im Maschinengehäuse 1 gleitgelagert ist. Die Lagerflächen 16 und 17, die in diesem Beispiel als im Maschinengehäuse 1 angeordnete Lagerschalen ausgebildet sind, weisen jeweils eine Druckentlastungsausnehmung 18 bzw. 19 auf, die an einen Versorgungskanal 20 bzw. 21 der Schrägscheibe 15 angeschlossen ist. Der Versorgungskanal 20 bzw. 21 mündet auf der Schrägscheibenoberfläche.

Der Aufbau der Gleitscheibe 14 ist in Fig. 3 und Fig. 4 in Verbindung mit Fig. 5 gezeigt. Die kreisringförmige Gleitscheibe 14 ist mit einer Distanzscheibe 22 und einer Niederhalteplatte 23 verbördelt. Die Distanzscheibe 22 weist zu den Kolben 8 bzw. den daran befestigten Gleit­ schuhen 9 korrespondierende Ausnehmungen 24 auf, die zur Aufnahme der Gleitschuhplatten 10 vorgesehen sind und deren Durchmesser geringfügig größer ist als der Außen­ durchmesser der Gleitschuhplatten 10. Die Dicke der Distanzscheibe 22 entspricht im wesentlichen der Dicke der Gleitschuhplatten 10. Die Distanzscheibe 22 und die Gleitscheibe 14 sind durch die Niederhalteplatte 23 ver­ bunden, deren ungebördelter Außenrand die Gleitscheibe 14 an deren Außenrand etwas hintergreift. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Elemente Gleitscheibe, Distanz­ scheibe und Niederhalteplatte auf andere geeignete Art und Weise miteinander zu verbinden. Denkbar ist auch, die Distanzscheibe und die Niederhalteplatte oder die Gleitscheibe und die Distanzscheibe zu einem gemeinsamen einstückigen Element zusammenzufassen. Die Niederhalte­ platte 23 weist analog zu den Ausnehmungen der Distanz­ scheibe 22 ebenfalls Ausnehmungen 25 auf, die zur Aufnahme der Gleitschuhhälse 11 vorgesehen sind und deren Durch­ messer etwas größer ist als der Außendurchmesser der Gleit­ schuhhälse 11. Auf diese Weise ist eine drehfeste Ver­ bindung zwischen den Gleitschuhen 9 und der Gleitschei­ be 14 geschaffen, wobei jedoch aus der Schrägstellung der Schrägscheibe 15 und der daraus resultierenden Exen­ trizität der Gleitscheibe 14 herrührende Relativbewegungen der Gleitschuhe 9 auf der Gleitscheibe 14 ermöglicht werden. Die beschriebene Anordnung dient gleichzeitig als Rückzugseinrichtung für die Kolben 8, die von einem kugelförmigen Rückzugselement mittels Federkraft gegen die Schrägscheibe gedrückt wird und ein fliehkraftbedingtes Abheben der Gleitschuhe 9 insbesondere beim Ansaugen der Kolben 8 verhindert.

Die in Fig. 3 untere Seite der Gleitscheibe 14, die in Kontakt steht mit der Oberfläche der Schrägscheibe 15, ist mit einer angeformten kreisringförmigen Lauffläche 26 versehen, deren Breite kleiner ist als der Durchmesser der Gleitschuhplatten 10. Trotzdem ist die zur Verfügung stehende Fläche der Lauffläche 26 für die hydrostatische Entlastung der auf der Schrägscheibe 15 rotierenden Gleit­ scheibe 14 im wesentlichen genau so groß wie die Summe der Einzelflächen der Gleitschuhplatten 13. In die Lauf­ fläche 26 sind zu jedem Gleitschuh korrespondierende Druckentlastungstaschen 27 eingearbeitet, die mittels Ver­ bindungskanälen 28 in der Gleitscheibe 14 an die Druck­ entlastungsbohrung 13 der Gleitschuhe 9 angeschlossen sind. Die Druckentlastungstaschen haben Nutform und sind durch Trennstege 29 voneinander beabstandet.

In Fig. 5 ist neben der Gleitscheibe 14 noch die Schräg­ scheibe 15 gezeigt, wobei die Lagerflächen 16 und 17 mit den eingearbeiteten Druckentlastungsausnehmungen 18 und 19 erkennbar sind. Zu der Druckentlastungsausnehmung 18 in der Lagerfläche 16 führen in diesem Beispiel zwei Ver­ sorgungskanäle 30 und 31 und zu der Druckentlastungsaus­ nehmung 19 in der Lagerfläche 17 führen zwei Versorgungs­ kanäle 32 und 33. Die Versorgungskanäle münden auf der Schrägscheibenoberfläche in einem Bereich, über den die Druckentlastungstaschen 27 der Gleitscheibe 14 bei deren Rotation hinweggleiten. Dabei ist der Abstand der Mündungen der Versorgungskanäle 30 und 31 bzw. 32 und 33 so bemessen, daß höchstens ein Versorgungskanal von einem der Trenn­ stege 29 abgedeckt wird, der Mündungsabstand ist also größer als die Breite der Trennstege. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß jede Druckentlastungsausnehmung 18 bzw. 19 ständig mit Drucköl versorgt ist, weil ständig mindestens eine der Druckentlastungstaschen an mindestens einen der Versorgungskanäle angeschlossen ist.

In Fig. 6 und 7 ist eine Variante zur Versorgung der Druckentlastungsausnehmungen dargestellt. Anstelle von zwei Versorgungskanälen zur Versorgung einer Druckent­ lastungsausnehmung ist es auch möglich, nur einen Ver­ sorgungskanal 34 vorzusehen, dessen Mündung 35 erweitert ist, wobei die Mündungsweite die Breite der Trennstege der Druckentlastungstaschen übersteigt.

Claims (5)

1. Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbau­ weise mit einer drehfest mit einer Antriebswelle ver­ bundenen Zylindertrommel, die eine Mehrzahl von konzentrischen Zylinderbohrungen mit darin längsbeweg­ lichen Kolben aufweist, und mit einer von der Antriebs­ welle durchsetzten, im wesentlichen halbzylindrischen Schrägscheibe, auf der die Kolben mit Hilfe von Gleit­ schuhen abgestützt sind und die auf zwei durch die Antriebswelle getrennten, hohlzylindrischen Lagerflächen im Maschinengehäuse gleitgelagert ist, wobei zur Druck­ entlastung der Gleitschuhe diese jeweils mit einem auf der Schrägscheibe mündenden Druckentlastungskanal versehen sind, der über eine Axialbohrung im zugeordneten Kolben mit dessen Zylinderbohrung in Verbindung steht, und wobei in die Lagerflächen, die die Schrägscheibe aufnehmen, Druckentlastungsausnehmungen eingearbeitet sind, die durch Versorgungskanäle in der Schrägscheibe an die Druckentlastungskanäle der Gleitschuhe anschlie8­ bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschuhe im wesentlichen drehfest auf einer kreisringförmigen Gleitscheibe (14) abgestützt sind, die drehbeweglich auf der Schrägscheibe (15) gleitgelagert ist und die auf der mit der Schrägscheibe (15) in Kontakt stehenden Seite mit einer Mehrzahl von Druckentlastungstaschen (27) versehen ist, die über Verbindungskanäle (28) in der Gleitscheibe (14) an die Druckentlastungskanäle (13) der Gleitschuhe (9) anschließbar sind, wobei in jeder Lagerfläche (16 bzw. 17) der Schräg­ scheibe (15) eine einzige Druckentlastungsausnehmung (18 bzw. 19) vorgesehen ist, die über mindestens einen Versorgungskanal (20 bzw. 21) ständig an mindestens eine Druckentlastungstasche (27) der Gleitscheibe (14) angeschlossen ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Druckentlastungsausnehmung (18 bzw. 19) jeder Schrägscheibenlagerfläche (16 bzw. 17) zwei von­ einander beabstandete Versorgungskanäle (30, 31 bzw. 32, 33) zugeordnet sind, deren Mündungsabstand auf der Schrägscheibe (15) größer ist als die Breite der Trennstege (29) der Druckentlastungstaschen (27).

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drucktaschenausnehmung (18 bzw. 19) jeder Schrägscheiben-Lagerfläche (16 bzw. 17) ein Versorgungs­ kanal (34) zugeordnet ist, dessen Mündung (35) auf der Schrägscheibe (15) erweitert ist, wobei die Mündungs­ weite die Breite der Trennstege (29) der Druckentlastungs­ taschen (27) übersteigt.

4. Axialkolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Schrägscheibe (15) in Kontakt stehende Seite der Gleit­ scheibe (14) eine angeformte kreisringförmige Lauffläche aufweist, deren Breite kleiner ist als der Durchmesser eines Gleitschuhes (9).

5. Axialkolbenmaschine bei der die Gleitschuhe in jeweils eine Gleitschuhplatte und einen Gleitschuhhals aufweisen und wobei die der Schrägscheibe entgegengesetzten Seiten der Gleitschuhplatten mit einer kreisringförmigen, federkraftbelasteten Niederhalteplatte in Kontakt stehen, die mit konzentrischen, zu den Zylinderbohrungen der Zylindertrommel korrespondierenden Ausnehmungen zur Aufnahme der Gleitschuhhälse versehen sind, nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Gleitscheibe (14) und der Niederhalte­ platte (23) eine Distanzscheibe (22) vorgesehen ist, deren Dicke im wesentlichen der Dicke der Gleitschuh­ platten (10) entspricht und die mit zu den Zylinder­ bohrungen (7) der Zylindertrommel (6) korrespondierenden Ausnehmungen (24) zur Aufnahme der Gleitschuhplatten (10) versehen ist, wobei die Abmessungen der Ausnehmungen (24) aus der Schrägstellung der Schrägscheibe (15) resul­ tierende Relativbewegungen der Gleitschuhe (9) auf der Gleitscheibe (14) ermöglichen und wobei die Gleit­ scheibe (14) mit der Distanzscheibe (22) und der Nieder­ halteplatte (23) drehfest verbunden ist.