DE4030545C2

DE4030545C2 - Adjustable swash plate type axial piston machine

Info

Publication number: DE4030545C2
Application number: DE19904030545
Authority: DE
Inventors: Josef Ing Grad Riedhammer; Horst Dipl Ing Deininger
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2010-09-28
Also published as: DE4030545A1

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer um eine Drehachse in einem Gehäuse rotierenden Zylindertrommel, in der Kolben längsbeweglich sind, die auf einer Kolbenführungsfläche einer rotationsfest im Gehäuse gelagerten Schrägscheibe anliegen, wobei der Winkel zwischen Kolbenführungsfläche und Drehachse mittels Verschwenken der Schrägscheibe veränderbar ist und wobei die Schrägscheibenlagerung aus an der Schrägscheibe angeformten Stützkonturen besteht, die auf gehäuseseitigen Gegenkonturen aufliegen und beim Verstellen des Winkels zwischen Kolbenführungsfläche und Drehachse eine Abrollbewegung der Schrägscheibe auf den Gegenkonturen erzeugen.The invention relates to an adjustable axial piston machine in swashplate construction with one around an axis of rotation in a housing rotating cylinder drum, in the piston are longitudinally movable on a piston guide surface a swashplate mounted in a rotationally fixed manner in the housing apply, the angle between the piston guide surface and Rotation axis can be changed by swiveling the swashplate is and the swashplate bearing from at the Swashplate molded support contours that are on Counter contours on the housing and rest when adjusting of the angle between the piston guide surface and the axis of rotation Rolling movement of the swash plate on the counter contours produce.

Eine derartige Axialkolbenmaschine ist aus der DE-OS 37 33 083 bekannt und hat den Vorteil, daß bei einer Verstellung der Schrägscheibe lediglich die geringstmögliche Reibung, nämlich Wälzreibung auftritt, wobei hierzu keine das Bauvolumen nachteilig beeinflußenden Wälzlager oder eine aufwendige hydrostatische Entlastung erforderlich sind, wie dies bei anderen bekannten Axialkolbenmaschinen des Standes der Technik der Fall ist. Eine derartige Maschine kann daher bezüglich der Axialerstreckung mit sehr kompakten Abmessungen gebaut werden. Auch die Schrägscheibe selbst kann kleiner gehalten werden, wodurch die beim Verstellen der Schrägscheibe zu überwindenden Massenkräfte stark verringert sind.Such an axial piston machine is from DE-OS 37 33 083 known and has the advantage that at one Adjustment of the swashplate is only the lowest possible Friction, namely rolling friction occurs, but none the construction volume adversely affecting rolling bearings or elaborate hydrostatic relief are required, such as this with other known axial piston machines of the state technology is the case. Such a machine can therefore with respect to the axial extent with very compact Dimensions are built. The swashplate itself can be kept smaller, which means that when adjusting the swashplate mass forces to be overcome are reduced.

Ein Nachteil dieser Axialkolbenmaschine ist allenfalls darin zu sehen, daß der Schwenkwinkelbereich einer solchen Maschine gegenüber anderen Maschinen mit halbzylindrischen Schrägkörpern kleiner ist, sofern man nicht den Vorteil der kompakten Abmessungen aufgeben will. Die Ursache hierfür ist in einer starken Verlagerung der Kolbenlaufbahn auf der Kolbenführungsfläche beim Verschwenken der Schrägscheibe zu sehen, da die Abrollkonturen auf der der Kolbenführungs fläche gegenüberliegenden Seite angeordnet sind und somit die Schwenkachse der Schrägscheibe, also diejenige Achse, um die die Schrägscheibe beim Verstellen gedreht wird, nicht mit dem Schwenkmittelpunkt der Maschine zusammenfällt - der bekanntlich oberhalb der Kolbenführungsfläche, also zur Zylindertrommel hin, auf der Drehachse liegt - sondern auf der der Kolbenführungsfläche gegenüberliegenden Seite der Schrägscheibe angeordnet ist und sich darüber hinaus wegen der Abrollbewegung seitlich verlagert.One disadvantage of this axial piston machine is at most to see that the swivel angle range of such Machine compared to other machines with semi-cylindrical Angular bodies are smaller unless you take advantage of want to give up compact dimensions. The reason for this is in a strong shift in the piston raceway on the Piston guide surface when swashing the swash plate see because the rolling contours on that of the piston guide Area opposite side are arranged and thus the swivel axis of the swash plate, that is, the axis the swashplate is rotated during adjustment, not coincides with the center of rotation of the machine - the as is known above the piston guide surface, that is to say Cylinder drum out on the axis of rotation - but on the side of the piston guide surface opposite the Swashplate is arranged and also because of shifted laterally.

Zum besseren Verständnis sei noch kurz die Bezeichnung Schwenkmittelpunkt erklärt. Bei Axialkolbenmaschinen finden in der Regel Kolben Verwendung, die jeweils mittels einer Kugelkalotte, die mit einem Kugelkopf eines Gleitschuhes gelenkig in Verbindung steht, auf der Kolbenführungsfläche abgestützt sind. Die durch die Mittelpunkte aller Kolben kugelkalotten bzw. Gleitschuhkugelköpfe verlaufende Ebene wird von der Drehachse in einem Punkt durchstoßen, der als Schwenkmittelpunkt bezeichnet wird. Bei Maschinen mit halb zylindrischen Schrägscheiben wird die Zylinderachse ebenfalls in den Schwenkmittelpunkt verlegt. Damit fallen die Schwenkachse der halbzylindrischen Schrägscheibe und der Schwenkmittelpunkt der Axialkolbenmaschine zusammen.For a better understanding, let's briefly mention the name Swivel center explained. Find on axial piston machines usually use pistons, each using a Spherical cap with a ball head of a sliding block articulated connection on the piston guide surface are supported. The through the centers of all pistons spherical caps or sliding shoe ball heads running level is penetrated by the axis of rotation at a point that is as Pivot point is called. For machines with half cylindrical swash plates become the cylinder axis also moved to the center of the swivel. Fall with it the swivel axis of the semi-cylindrical swash plate and the Center of rotation of the axial piston machine together.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei kompakten Abmessungen einen großen Schwenkwinkelbereich aufweist.The present invention is based on the object Axial piston machine of the type mentioned are available to make the big with compact dimensions Has swivel angle range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich die schrägscheibenseitigen Stützkonturen und die gehäuse seitigen Gegenkonturen im Schnitt senkrecht zur Drehachse gesehen im wesentlichen radial außerhalb eines den Kolben umschriebenen gedachten Kreises befinden und die Schwenk achse der Schrägscheibe dem Schwenkmittelpunkt der Axial kolbenmaschine axial und radial unmittelbar benachbart ist. Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, die Abrollkonturen bis in den Bereich des Schwenkmittelpunkts der Axialkolbenmaschine zu verlagern. Beim Verschwenken der Schrägscheibe findet daher nur eine unwesentliche Verlage rung der Kolbenlaufbahn auf der Kolbenführungsfläche statt, wodurch die eingangs beschriebene Beschränkung des Schwenk winkelbereichs entfällt. Damit ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine insbesondere als reversierbare Maschine vorzüglich geeignet. Bei kompakten Abmessungen wird so eine Axialkolbenmaschine mit beidseitig schwenkbarer Schräg scheibe zur Verfügung gestellt, die weder den für eine hydrostatische Entlastung noch für eine Lagerung mittels Wälzkörper nötigen Bauaufwand aufweist, wobei trotzdem eine annähernd reibungsfreie Verschwenkung der Schrägscheibe erfolgt. This object is achieved in that the swashplate-side support contours and the housing opposite contours in section perpendicular to the axis of rotation seen essentially radially outside of the piston circumscribed imaginary circle and the pan axis of the swash plate the swivel center of the axial piston machine is axially and radially immediately adjacent. The idea essential to the invention is therefore that Roll-off contours up to the area of the swivel center to relocate the axial piston machine. When swiveling the Swashplate therefore only finds an insignificant publisher the piston raceway takes place on the piston guide surface, whereby the limitation of the pivot described above angular range is omitted. This is the invention Axial piston machine, in particular as a reversible machine excellently suitable. With compact dimensions Axial piston machine with inclined swivel on both sides disc provided that is neither for one hydrostatic relief for storage by means of Rolling element has the necessary construction, but still a Almost frictionless swiveling of the swashplate he follows.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Schwenkachse bei zur Drehachse senkrechter Stellung der Kolbenführungsfläche den Schwenkmittelpunkt der Axialkolbenmaschine schneidet. Zwar wandert die Schwenkachse während der Abrollbewegung der Schrägscheibe radial und je nach Form der Stützkonturen und Gegenkonturen auch axial etwas aus dem Schwenkmittelpunkt heraus, durch die genannte Maßnahme wird jedoch ein Minimum hinsichtlich einer Verlagerung der Kolbenlaufbahn auf der Kolbenführungsfläche erreicht.In a development of the invention it is proposed that the pivot axis at Rotation axis of the vertical position of the piston guide surface the pivot center the axial piston machine cuts. Although the swivel axis moves during the Rolling movement of the swash plate radially and depending on the shape of the support contours and Counter contours also axially somewhat out of the center of the swivel through which The measure mentioned will, however, be a minimum in terms of relocation Piston raceway reached on the piston guide surface.

Es ist vorteilhaft, wenn die Schrägscheibe zwei sich radial nach außen erstreckende, längs der Schwenkachse angeordnete Ausleger aufweist, an denen die Stützkonturen angeformt sind. Die Ausleger können einstückig mit der Schrägscheibe gebildet werden, bspw. durch Gießen, wobei die Stützkonturen ggf. nachgearbeitet werden müssen. Was die Stützkonturen an den Auslegern der Schrägscheibe und die gehäuseseitigen Gegenkonturen angeht, so ist es möglich, wie aus der eingangs genannten Druckschrift an sich bekannt, entweder die Stützkonturen konkav auszubilden und auf planen Gegenkonturen aufliegen zu lassen oder umgekehrt.It is advantageous if the swash plate has two radially outwardly extending, has cantilevers arranged along the swivel axis, on which the support contours are molded. The arms can be formed in one piece with the swash plate by, for example, casting, the support contours being reworked if necessary have to. As for the support contours on the swashplate arms and the Counter contours on the housing side, so it is possible, as from the beginning known document known per se, either the support contours concave train and have them rest on flat counter contours or vice versa.

Um ein Verrutschen der Schrägscheibe auf den gehäuseseitigen Gegenkonturen zu verhindern und ein sauberes Abrollen zu gewährleisten, können darüber hinaus Führungseinrichtungen vorgesehen werden, bspw. in Form von Verzahnungen.To prevent the swashplate from slipping on the counter contours on the housing side prevent and ensure a clean roll, can also Guide devices are provided, for example in the form of toothing.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand eines in schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben.Further advantages of the invention are shown in a schematic figure illustrated embodiment described.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine bei Nullhublage der Schrägscheibe Fig. 1 shows a longitudinal section through an axial piston machine according to the invention with zero position of the swash plate

Fig. 2 einen Seitenansicht, die in Bezug auf die Darstellung in Fig. 1 um 90 Grad um die Drehachse gedreht ist, bei ausgeschwenkter Schrägscheibe Fig. 2 is a side view, which is rotated 90 degrees about the axis of rotation with respect to the illustration in Fig. 1, with the swash plate swung out

Fig. 3 eine Variante der Schrägscheibenlagerung mit Führungsverzahnung. Fig. 3 shows a variant of the swash plate bearing with guide teeth.

Der besseren Übersichtlichkeit halber ist in Fig. 1 nur die linke Hälfte der Axialkolbenmaschine im Längschnitt dargestellt. Die zugehörige rechte Hälfte ist achsen symmetrisch zur Drehachse D. Die erfindungsgemäße Axial kolbenmaschine weist eine An- bzw. Abtriebswelle 1 auf, die in Wälzlagern 2 und 3 in einem Gehäuse 4a und einem Gehäuseboden 4b gelagert ist. Mit der Welle 1 drehfest und in bestimmten Grenzen längsverschieblich verbunden ist ein Zylinderblock 5, der mit einer Mehrzahl von zur Drehachse D konzentrischen Bohrungen 6 versehen ist, in denen jeweils ein Kolben 7 längsverschieblich ist. Die Zylindertrommel 5 wird von der Kraft einer Feder 8 und von der im Betrieb auftretenden, aus dem Hochdruck in einem Teil der Bohrungen 6 herrührenden Kraft gegen eine am Gehäuseboden 4b an gebrachte Steuerfläche 9 gedrückt, die in den Figuren nicht dargestellte Steuerschlitze aufweist. Die Steuerschlitze verbinden die Bohrungen 6 mit im Gehäuseboden angeordneten, in den Figuren ebenfalls nicht dargestellten Zu- und Abflußkanälen.For the sake of clarity, only the left half of the axial piston machine is shown in longitudinal section in FIG. 1. The associated right half is axially symmetrical to the axis of rotation D. The axial piston machine according to the invention has an input or output shaft 1 , which is mounted in roller bearings 2 and 3 in a housing 4 a and a housing base 4 b. A cylinder block 5 is connected to the shaft 1 in a rotationally fixed and longitudinally displaceable manner and is provided with a plurality of bores 6 concentric with the axis of rotation D, in each of which a piston 7 is longitudinally displaceable. The cylinder drum 5 is pressed by the force of a spring 8 and by the force occurring in operation, resulting from the high pressure in part of the bores 6, against a control surface 9 , which is provided on the housing base 4 b and has control slots (not shown in the figures). The control slots connect the bores 6 with inflow and outflow channels arranged in the housing base and likewise not shown in the figures.

Am Kolben 7 ist an dem aus der Bohrung 6 herausragenden Ende eine Kugelkalotte 10 angeformt. Die Kugelkalotte 10 ist zur Aufnahme eines Kugelkopfes 11 vorgesehen, der an einem Gleitschuh 12 gebildet ist. Der Gleitschuh 12 ist unter Zwischenschaltung einer Gleitscheibe 13 auf einer Kolben führungsfläche 14 einer Schrägscheibe 15 abgestützt. Weiterhin ist eine Niederhaltescheibe 16 vorgesehen, die Bohrungen 17 zur Aufnahme von Gleitschuhhälsen 18 aufweist und verdrehfest mit der Gleitscheibe 13 verbunden ist. Die Niederhaltescheibe 16 wird zusammen mit der Gleitscheibe 13 von einer halbkugelförmigen Niederhaltevorrichtung 19 mittels einer in der Figur nicht dargestellten Feder in Richtung zur Kolbenführungsfläche 14 hin kraftbeaufschlagt, um ein bspw. ansaugbedingtes Abheben der Kolbens 7 bzw. der Gleitscheibe 13 zu verhindern.A spherical cap 10 is formed on the piston 7 at the end protruding from the bore 6 . The spherical cap 10 is provided for receiving a spherical head 11 which is formed on a sliding block 12 . The slide shoe 12 is supported with the interposition of a slide plate 13 on a piston guide surface 14 of a swash plate 15 . Furthermore, a hold-down disk 16 is provided, which has bores 17 for receiving slide shoe necks 18 and is connected to the slide disk 13 in a rotationally fixed manner. The hold-down plate 16 is acted upon by force along with the sliding disk 13 of a semi-spherical holding-down device 19 by means of a not shown in the figure spring in the direction of the piston guide surface 14 toward, in order to prevent, for example. Ansaugbedingtes lifting of the piston 7 or the sliding disk 13.

Mit E ist eine Linie bezeichnet, die eine Ebene E symbolisiert, auf der die Kugelkalottenmittelpunkte sämtlicher Kolben 7 der Axialkolbenmaschine angeordnet sind. Diese Ebene E ist bei Nullhublage der Schrägscheibe 15 senkrecht zur Drehachse D. Der Punkt S. in dem die Drehachse D die Ebene E durchstößt, stellt den sogenannten Schwenk mittelpunkt der Axialkolbenmaschine dar. Zudem ist das Zentrum der halbkugelförmigen Niederhaltevorrichtung 19 deckungsgleich mit dem Schwenkmittelpunkt S.E denotes a line which symbolizes a plane E on which the spherical cap centers of all the pistons 7 of the axial piston machine are arranged. This plane E is perpendicular to the rotational axis D when the swash plate 15 is at the zero stroke position. The point S. at which the rotational axis D penetrates the plane E represents the so-called pivot center of the axial piston machine. In addition, the center of the hemispherical hold-down device 19 is congruent with the pivot center S. .

Erfindungsgemäß ist die Schrägscheibe 15 über zwei sich durch seitliche Öffnungen 4c des Gehäuses 4a radial nach außen erstreckende Ausleger 20 gelagert, wobei eine Verschwenkbarkeit der Schrägscheibe 15 von der Nullhublage nach beiden Schwenkrichtungen hin gegeben ist. Die Öffnungen 4c sind durch entsprechend gestaltete, in den Figuren jedoch nicht dargestellte Abdeckungen dicht verschließbar. Die Ausleger 20 befinden sich im Schnitt senkrecht zur Drehachse D gesehen im wesentlichen außerhalb eines den Kolben 7 umschriebenen gedachten Kreises. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist jeder Ausleger 2p eine Stützkontur 21 auf, die auf einer gehäuseseitigen Gegenkontur 22 aufliegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Stützkontur 21 plan, während die Gegenkontur 22 eine konvexe Form aufweist. Diese konvexe Form kann halbzylindrisch sein oder sphärisch, wobei im letzgenannten Fall wegen der Punktberührung die Flächenpressung höher ist. Selbstver ständlich kann auch eine umgekehrte Anordnung vorgesehen werden, bei der an dem Ausleger 20 eine konvexe Form vorhanden ist, die auf einer ebenen gehäuseseitigen Fläche aufliegt.According to the invention, the swash plate 15 via two through lateral openings 4c of the housing 4 mounted a radially outwardly extending arm 20, wherein a pivoting of the swash plate 15 is given by the Nullhublage by two swivel directions. The openings 4 c can be closed tightly by appropriately designed covers, which are not shown in the figures. The arms 20 are located in section perpendicular to the axis of rotation D essentially outside an imaginary circle circumscribed the piston 7 . As can be seen in particular from FIG. 2, each arm 2 p has a support contour 21 which rests on a counter contour 22 on the housing side. In the present exemplary embodiment, the support contour 21 is flat, while the counter contour 22 has a convex shape. This convex shape can be semi-cylindrical or spherical, the surface pressure being higher in the latter case because of the point contact. Of course, a reverse arrangement can also be provided, in which there is a convex shape on the arm 20 , which rests on a flat surface on the housing side.

Die Verbindungsgerade zwischen den Berührungspunkten von Stützkontur und Gegenkontur der beiden Ausleger 20, die in Fig. 1 der Linie E entspricht, bildet die Schwenkachse der Schrägscheibe 15. Beim Verschwenkungen der Schrägscheibe 15 mittels in den Figuren nicht dargestellten Stellvorrich tungen rollt die Schrägscheibe 15 mit den Stützkonturen 21 der Ausleger 20 auf den Gegenkonturen 22 im Gehäuse 4a ab. Dabei tritt bis auf Wälzreibung keinerlei Reibung auf. Während der Abrollbewegung wandert die Schwenkachse den Formen von Stützkontur und Gegenkontur folgend radial und gegebenfalls auch axial etwas aus. Gemäß der Erfindung ist die Schwenkachse der Schrägscheibe 15 durch entsprechende axiale Anordnung der Ausleger 20 so gelegt, daß die Schwenk achse bei Nullhublage den Schwenkmittelpunkt S schneidet (Fig. 1). Der Grad des radialen axialen Auswanderns der Schwenkachse aus dem ortsfesten Schwenkmittelpunkt S während der Abrollbewegung der Schrägscheibe 15 hängt von vom Grad der Krümmung der konvexen Gegenkontur ab (in diesem Beispiel). In jedem Fall wird durch die Erfindung jedoch erreicht, daß die Schwenkachse dem Schwenkmittelpunkt S immer unmittelbar benachbart ist, wodurch beim Verschwenken der Schrägscheibe 15 nur eine unwesentliche Verlagerung der Kolbenlaufbahn auf der Kolbenführungsfläche 14 stattfindet und ein großer Schwenkwinkelbereich ermöglicht wird. The straight line connecting the points of contact between the support contour and the counter contour of the two brackets 20 , which corresponds to line E in FIG. 1, forms the pivot axis of the swash plate 15 . When pivoting movements of the swash plate 15 obligations by means not shown in the figures Stellvorrich 15 20 a rolling the swash plate to the support contours 21 of the boom to the counter-contours 22 in the housing 4 from. There is no friction except for rolling friction. During the rolling motion, the pivot axis migrates somewhat radially and possibly also axially, following the shapes of the support contour and counter contour. According to the invention, the pivot axis of the swash plate 15 is placed by appropriate axial arrangement of the boom 20 so that the pivot axis intersects the pivot center S at zero stroke position ( Fig. 1). The degree of radial axial migration of the pivot axis from the fixed pivot center S during the rolling movement of the swash plate 15 depends on the degree of curvature of the convex counter contour (in this example). In any case, it is achieved by the invention that the pivot axis is always directly adjacent to the pivot center S, which means that when the swash plate 15 is pivoted, only an insignificant displacement of the piston raceway on the piston guide surface 14 takes place and a large pivot angle range is made possible.

In Fig. 3 ist eine Variante der Schrägscheibe in Nullhub lage dargestellt (die ausgeschwenkte Stellung ist strich punktiert). Bei dieser Variante ist die Stützkontur 21 konvex, während die Gegenkontur plan ist. An dem Ausleger sind darüber hinaus zwei Zähne 23a und 23b angeformt, die in gehäuseseitige Ausnehmungen 24a und 24b eingreifen und ein Verrutschen der Schrägscheibe beim Abrollen verhindern.In Fig. 3 a variant of the swash plate in the zero stroke position is shown (the pivoted-out position is dash-dotted). In this variant, the support contour 21 is convex, while the counter contour is flat. In addition, two teeth 23 a and 23 b are integrally formed on the extension arm, which engage in recesses 24 a and 24 b on the housing side and prevent the swash plate from slipping when unrolling.

Claims

1.Adjustable axial piston machine in swashplate construction, with a cylinder drum rotating about an axis of rotation in a housing, in which pistons are longitudinally movable, which rest on a piston guide surface of a swashplate mounted in a rotationally fixed manner in the housing, the angle between piston guide surface and axis of rotation being variable by pivoting the swashplate and wherein the swashplate mounting consists of support contours formed on the swashplate, which rest on counter contours on the housing side and produce a rolling movement of the swash plate on the counter contours when adjusting the angle between the piston guide surface and the axis of rotation, characterized in that the swash plate support contours ( 21 ) and the counter contours on the housing side ( 22 ) seen in section perpendicular to the axis of rotation (D) essentially radially outside an imaginary circle circumscribing the piston ( 7 ) and the pivot axis of the Swash plate ( 15 ) the pivot center (S) of the axial piston machine is axially and radially immediately adjacent.

2. Axial piston machine according to claim 1, characterized in that the pivot axis at the vertical axis to the axis of rotation (D) of the piston guide surface ( 14 ) intersects the pivot center (S) of the axial piston machine.

3. Axial piston machine according to claim 1 or 2, characterized in that the swash plate ( 15 ) has two radially outwardly extending, arranged along the pivot axis boom ( 20 ) on which the support contours ( 21 ) are integrally formed.