DE4229007C2 - Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schräg­ scheibenbauweise mit einer rotierenden Zylindertrommel, in der konzentrisch zur Rotationsachse Bohrungen angeordnet sind, in denen gegen die schwenkbare Schrägscheibe abgestützte Arbeits­ kolben längsverschieblich sind, und mit einem zur Schwenkwinkel­ verstellung vorgesehenen Stellkolben, der gegen die der Zylindertrommel abgewandte Seite der Schrägscheibe anliegt.

Die bekannten Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise, bei denen der Schwenkwinkel der Schrägscheibe zwecks Förder­ volumenveränderung einstellbar ist, benötigen eine aufwendige und teuere Lagerung, da die von den Arbeitskolben erzeugten Kräfte abzustützen sind. Darüber hinaus muß auch die Schräg­ scheibe selbst stabil dimensioniert sein, damit keine Verformungen auftreten. Dies gilt umso mehr für Axialkolben­ maschinen, bei denen die Stellkräfte auf der gleichen Seite der Schrägscheibe angreifen, wie die Arbeitskolbenkräfte. Bei bekannten Maschinen dieses Typs ist deshalb die Schrägscheibe halbzylindrisch ausgebildet und in einer halbhohlzylindrischen Lagerschale im Gehäuse abgestützt.

Dabei ist es erforderlich, entweder ein Wälzlager zwischen der Schrägscheibe und der Lagerschale anzuordnen oder die Schräg­ scheibe hydrostatisch zu entlasten. Derartige Axialkolben­ maschinen haben deshalb große Abmessungen in axialer Richtung.

Die DE 37 33 083 A1 zeigt eine gänzlich anders aufgebaute Axialkolbenmaschine, bei der die Schrägscheibe beim Ver­ schwenken eine Abrollbewegung ausführt, wobei sich allerdings die Position der Schwenkachse verändert. Bei dieser Maschine entfällt eine aufwendige Lagerung und ergibt sich eine geringe Längserstreckung.

Aus der DE 34 28 591 A1 ist eine gattungsgemäße Axialkolben­ maschine bekannt, bei der die Schrägscheibe beim Verschwenken auf einem Auflager eine Gleitbwegung vollführt. Auch hierbei verändert sich die Position der Schwenkachse. Der Stellkolben ist bei dieser Maschine auf der Rückseite der Schrägscheibe angeordnet. Die Stellkräfte wirken daher den Arbeitskolben­ kräften entgegen, wodurch eine Teilentlastung der Schräg­ scheibenlagerung erreicht werden kann.

Bedingt durch die bei den beiden letztgenannten Axialkolben­ maschinen des Standes der Technik vorhandene außermittige Lagerung der Schrägscheibe ist allerdings der Schwenkwinkel stark eingeschränkt. Zudem sind diese Axialkolbenmaschinen nur einseitig schwenkend ausgebildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die bei kompakten Abmessungen eine einfach aufgebaute Lagerung der Schrägscheibe ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein weiterer, zur Schwenkwinkelverstellung vorgesehener Stellkolben gegen die der Zylindertrommel abgewandten Seite der Schrägscheibe anliegt, wobei die Stellkolben mit Abstand zur Schwenkachse der Schrägscheibe gleichsinnig wirkend auf derjenigen Seite der Schwenkachse angeordnet sind, auf der sich die hochdruckseitigen Arbeitskolben der Zylindertrommel befinden, und wobei die Schrägscheibe in allen Betriebszuständen der Axialkolbenmaschine durch Druckbeaufschlagung der Stellkolben von den Axialkräften der Arbeitskolben im wesentlichen entlastet ist. Der erfindungswesenliche Gedanke besteht demnach darin, jeder Druckseite mindestens einen Stellkolben zuzuordnen und durch die Kräfte, die aus den auf die Stellkolben einwirkenden Drücke herrühren und die den Axialkräften der Arbeitskolben entgegengerichtet sind, eine weitgehende Entlastung der Schrägscheibe zu erreichen. Die Schrägscheibe kann daher mittels einer einfach aufgebauten und klein dimensionierten Lagerung geführt werden. Es ergibt sich sowohl eine kurze als auch eine schlanke Bauweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Axialkolbenmaschine, die sich deshalb besonders für den Einsatz als Getriebe-Einschubmotor eignet.

Zweckmäßigerweise sind die Stellkolben jeweils mit dem Druck der zugeordneten Druckseite oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagbar. Die Verstellung der Schrägscheibe wird dabei dadurch gesteuert, dass die auf die Stellkolben einwirkenden Drücke so modifiziert werden, dass die Schrägscheibe den gewünschten Schwenkwinkel einnimmt, wobei die Drücke auf einem hohen Niveau bleiben.

Bei Axialkolbenmaschinen, bei denen die Hochdruckseite nicht wechselt, z. B. bei selbstsaugenden Pumpen, genügen insgesamt zwei Stellkolben, die auf der Hochdruckseite angeordnet sind. Die Stellkolben sind dabei auf die maximal zu kompensierenden Axialkräfte der Arbeitskolben der Hochdruckseite ausgelegt und sind bevorzugt auf der Wirkungslinie der resultierenden Hochdruckkräfte angeordnet. Die Kräfte auf der Niederdruckseite sind so gering, dass hier keine die Lagerkräfte kompensierenden Stellkolben erforderlich sind sondern ein klein dimensioniertes Lager genügt.

Bei Axialkolbenmaschinen, die zur Verwendung in einem geschlos­ senen Kreislauf vorgesehen sind, wechselt die Druckseite, wenn von dem an den Hydromotor angeschlossenen Verbraucher Energie in den Kreislauf eingespeist wird. Dies ist beispielsweise bei Bergabfahrt eines mit einem hydrostatischen Getriebe ausge­ rüsteten Fahrzeugs der Fall. Der Hydromotor wird dann zur Pumpe und die Hydropumpe zum Motor.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Axialkolbenmaschine zur Verwendung in einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf vorgesehen ist, sind daher je Druck­ seite mindestens zwei Stellkolben vorgesehen. Auch bei Wechsel der Druckseite wird damit stets ein Kräftegleichgewicht erzielt.

Es erweist sich als günstig, wenn die Schrägscheibe mittels zweier auf der Schwenkachse voneinander beabstandeten, im Bereich des Außenumfangs der Schrägscheibe angeordneten Lager geführt ist. Diese im Vergleich zu einer Schrägscheibenlagerung des Standes der Technik einfach aufgebaute und klein dimensio­ nierte Lagerung der Schrägscheibe dient dem Ausgleich von Restkräften, die noch auf die Schrägscheibe einwirken, und der Führung der Schrägscheibe exakt in der Schwenkmitte. Hierbei ist die Schwenkmitte definiert als Schnittpunkt der Kugelmittel­ punkte der Gleitschuhe (die Arbeitskolben sind über Gleitschuhe auf der Schrägscheibe abgestützt, wobei jeweils zwischen dem Gleitschuh und dem Arbeitskolben eine Kugelkopf-Kalotten- Verbindung vorgesehen ist) mit der Längsachse der Axialkolben­ maschine.

Ein weiterer Vorteil im Hinblick auf eine platzsparende und mit wenigen Bauteilen auskommende Ausbildung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ergibt sich dann, wenn ein Lager jeweils einen in einer Lagerbuchse der Maschinengehäusewandung aufgenommenen Lagerzapfen aufweist, der an einem Joch befestigt ist, das mit einer Schrägscheibe verbunden ist und eine Rückhalteplatte für die Arbeitskolben gegen Abheben von der Schrägscheibe sichert. Die Rückhalteplatte verhindert ein Abheben der Arbeitskolben von der Schrägscheibe über ein bestimmtes Spiel hinaus, beispielsweise beim Ansaugen.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine bei ausgeschwenkter Schrägscheibe;

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Schrägscheibenlagerung der Axialkolbenmaschine nach Fig. 1 bei eingeschwenkter Schrägscheibe;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Schrägscheibe nach Fig. 2;

Fig. 4 einen Teilquerschnitt durch eine Variante der Schrägscheibenlagerung der Axialkolbenmaschine nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Seitenansicht der Schrägscheibe nach Fig. 4

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben­ bauweise weist eine in einem Maschinengehäuse 1 angeordnete Zylindertrommel 2 mit einer Mehrzahl von konzentrischen, in diesem Beispiel zueinander und zur Rotationsachse einer An/Abtriebswelle 3 parallelen Bohrungen 4 auf, in denen jeweils ein Arbeitskolben 5 längsverschieblich ist. Die Zylindertrommel 2 liegt gegen einen Steuerboden 6 an, der mit nierenförmigen Steuerschlitzen 7, 8 versehen ist, die an Druckmittelkanäle 9, 10 angeschlossen sind. Es sind auch Maschinen bekannt, bei denen die Steuerschlitze 7, 8 an einer sphärisch gewölbten Fläche gebildet sind. Die Anordnung der Bohrungen 4 in der Zylindertrommel 2 ist dann nicht parallel zueinander und zur Rotationsachse der An/Abtriebswelle 3 sondern so, daß die Mittelachsen der Bohrungen 4 in einem gemeinsamen Schnittpunkt auf die Rotationsachse der An/Abtriebswelle 3 auftreffen. Auch für diese Axialkolbenmaschinen ist die Erfindung anwendbar.

Jeder Arbeitskolben 5 ist an dem aus der Bohrung 4 heraus­ ragenden Ende mittels einer Kugelkopf-Kalotten-Verbindung mit einem Gleitschuh 11 verbunden und über diesen gegen eine zwecks Fördervolumenverstellung verschwenkbare Schrägscheibe 12 abgestützt, die in diesem Ausführungsbeispiel nur in einer Richtung aus der Nullhubstellung heraus in eine maximale Schrägstellung ausschwenkbar ist. Fig. 1 zeigt die Axial­ kolbenmaschine bei voll ausgeschwenkter Schrägscheibe 12. Eine Rückhalteplatte 13 verhindert das Abheben der Arbeitskolben 5 beim Ansaugen über ein bestimmtes Spiel hinaus.

Die Verstellung der Schrägscheibe 12 erfolgt mit Hilfe von Stellkolben 14, die in Stellzylindern 15 längsbeweglich sind. Die Stellkolben 14 greifen an der den Gleitschuhen 11 gegenüberliegenden Seite der Schrägscheibe 12 an. Die Stellkolben 14 und Stellzylinder 15 sind so angeordnet und dimensioniert, daß in allen Betriebssituationen, d. h. unter allen möglichen Schwenkwinkeln der Schrägscheibe 12, eine Entlastung der Schrägscheibe 12 durch die Kräfte, die aus dem Druck in den Stellzylindern 15 herrühren und auf die Stell­ kolben 14 einwirken, von den durch die Arbeitskolben 5 erzeug­ ten Axialkräften erfolgt. Hierbei werden die Stellkolben 14 jeweils mit dem Druck der zugeordneten Druckseite oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagt. Die Verstellung der Schrägscheibe 12 wird durch eine geeignete Steuerschaltung derart gesteuert, daß die auf die Stellkolben 14 für einen kurzen Zeitraum einwirkenden Drücke, so modifiziert werden, daß die Schrägscheibe 12 den gewünschten Schwenkwinkel einnimmt, wobei die Drücke anschließend auf einem hohen Niveau bleiben.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel vier Stellkolben 14 vorgesehen (gestrichelt dargestellt), deren Anordnung so gewählt ist, daß jeweils zwei Stellkolben 14 einer Druckseite zugeordnet sind, während die verbleibenden zwei Stellkolben 14 der anderen Druckseite der Schrägscheibe 12 zugeordnet sind.

Die Lagerung der Schrägscheibe 12 ist aus der Zusammenschau der Fig. 2 und 3 ersichtlich. Im Maschinengehäuse 1 sind längs der Schwenkachse S zwei Gleitlagerbuchsen 16 voneinander beabstandet, in denen jeweils ein Lagerzapfen 17 angeordnet ist, der an einem Joch 18 befestigt oder einstückig an diesem gebildet ist. Die Schrägscheibe 12 ist durch Schrauben 19 mit den beiden Jochen 18 verbunden. Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle der beiden Gleitlager Wälzlager, beispiels­ weise Nadellager vorzusehen. In jedem Fall ist eine derartige Lagerung insbesondere im Hinblick auf die bekannten Schräg­ scheibenlagerungen des Standes der Technik einfach aufgebaut und beansprucht nur wenig Platz, so daß sich in Verbindung mit der plattenförmigen Schrägscheibe 12 sowohl eine kurze als auch eine schlanke Bauweise der erfindungsgemäß ausgebildeten Axial­ kolbenmaschine ergibt, die sich deshalb besonders für den Einsatz als Getriebe-Einschubmotor eignet.

Die Schrauben 19 zur Befestigung der Schrägscheibe 12 an den Jochen 18 sind mit Muttern 20 versehen, die neben der Funktion "Verbindung der Schrägscheibe 12 mit dem Joch 18" die Rückhalte­ platte 13 gegen Abheben von der Schrägscheibe 12 über einen bestimmten Abstand hinaus sichern. Zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, daß das Joch 18 eine nutförmige Hinter­ schneidung aufweist, in der die Rückhalteplatte 13 geführt ist.

In den Fig. 4 und 5 ist eine Variante der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Konstruktion gezeigt. Hierbei sind an jedem Joch 18 jeweils vier Schrauben 19 zur Befestigung der Schräg­ scheibe 12 vorhanden. Darüber hinaus erfolgt die Sicherung der Rückhalteplatte 13 gegen zu weites Abheben von der Schräg­ scheibe 12 durch eine Niederhalterung 21, die beispielsweise aus Messing besteht, um die Reibung zwischen der mit der Zylindertrommel 2 und den Arbeitskolben 5 rotierenden Rückhalteplatte 13 und der feststehenden Niederhalterung 21 gering zu halten. Auch die in den Fig. 2 und 3 gezeigten Muttern 20 können zur Reibungsverminderung aus Messing oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein. Die in Fig. 5 strichpunktierte Linie stellt die Ellipsenbahn dar, längs derer sich die Gleitschuhe 11 bewegen.

Claims (5)

1. Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer rotierenden Zylindertrommel, in der konzentrisch zur Rotationsachse Bohrungen angeordnet sind, in denen gegen die schwenkbare Schrägscheibe abgestützte Arbeitskolben längsverschieblich sind, und mit einem zur Schwenkwinkelverstellung vorgesehenen Stellkolben, der gegen die der Zylindertrommel abgewandte Seite der Schrägscheibe anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer, zur Schwenkwinkelverstellung vorgesehener Stellkolben (14) gegen die der Zylindertrommel (2) abgewandten Seite der Schrägscheibe (12) anliegt, wobei die Stellkolben (14) mit Abstand zur Schwenkachse (S) der Schrägscheibe (12) gleichsinnig wirkend auf derjenigen Seite der Schwenkachse (S) angeordnet sind, auf der sich die hochdruckseitigen Arbeitskolben (5) der Zylindertrommel (2) befinden, und wobei die Schrägscheibe (12) in allen Betriebszuständen der Axialkolbenmaschinen durch Druckbeaufschlagung der Stellkolben (14) von den Axialkräften der Arbeitskolben (5) im wesentlichen entlastet ist.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stellkolben (14) jeweils mit dem Druck der zugeordneten Druckseite oder einem davon abgeleiteten Druck beaufschlagbar sind.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, wobei die Axial­ kolbenmaschine zur Verwendung in einem geschlossenen hydrostatischen Kreislauf vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß je Druckseite mindestens zwei Stellkolben (14) vorgesehen sind.

4. Axialkolbenmaschine nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägscheibe (12) mittels zweier auf der Schwenkachse (S) voneinander beabstandeten, im Bereich des Außenumfangs der Schräg­ scheibe (12) angeordneten Lager (16, 17) geführt ist.

5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager (16, 17) jeweils einen in einer Lagerbuchse (16) des Maschinengehäuses (1) aufgenommenen Lagerzapfen (17) aufweist, der an einem Joch (18) befestigt ist, das mit der Schrägscheibe (12) verbunden ist und eine Rückhalteplatte 13 für die Arbeitskolben (5) gegen Abheben von der Schrägscheibe (12) sichert.