DE4341850C2 - Hydraulischer Axialkolben-Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Axialkolben- Motor mit einer Zylindertrommel.

Die Zylindertrommel eines Axialkolben-Motors ist eines der wesentlichen Teile bei der Erzeugung des Drehmo­ ments auf die Welle. US 4 771 676 zeigt daher zwei Mög­ lichkeiten der Befestigung der Zylindertrommel auf der Welle: zum einen eine Vielkeilverbindung und zum ande­ ren die einteilige Ausbildung von Zylindertrommel und Welle. Die Vielkeilverbindung läßt zwar eine axiale Bewegung von Zylindertrommel und Welle gegeneinander zu. Offensichtlich läßt sich aber bei einer axialen Verschiebbarkeit zwischen der Zylindertrommel und der Welle nicht im notwendigen Maße auch eine Spielfreiheit in Umfangsrichtung sicherstellen, so daß es hier zu einem Klappern kommen kann.

Umgekehrt läßt sich eine Welle bei der normalen Produk­ tion von Motoren, die mit einer höheren Stückzahl her­ gestellt werden, nicht ohne axiales Spiel einbauen. Dieses Spiel kann zwar sehr klein gehalten werden. Bei einer axialfesten Verbindung von Zylindertrommel und Welle kann es jedoch bei einer axialen Bewegung der Welle zu einer inneren Undichtigkeit des Motores kommen und zwar entweder im Bereich des Steuerspiegels, wenn die Zylindertrommel vom Steuerspiegel abhebt, oder im Bereich der. Schrägscheibe, wenn die Gleitschuhe von der Schrägscheibe abheben. Eine axiale Verschiebung der Welle kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Mo­ tor über eine Schrägverzahnung mit einem anzutreibenden Arbeitsgerät gekoppelt ist. Ein anderer Problemfall ist der Betrieb des Motors in einer Einbaulage, in der die Welle senkrecht steht. Derartige Konstellationen können dann dazu führen, daß der Motor nicht anläuft, weil der dazu notwendige Druckaufbau nicht bis in den Zylinder vordringt, sondern die Hydraulikflüssigkeit bereits vorher durch Leckage-Kanäle abfließt.

GB-PS 1 482 817 zeigt eine hydraulische Axialkolben- Pumpe mit einer Zylindertrommel, die fest mit einer Welle verbunden ist und die mindestens einen Zylinder aufweist, pro Zylinder einem in dem Zylinder angeord­ neten Kolben, der sich an seinem aus der Zylindertrom­ mel herausragenden Ende über einen Gleitschuh an einer Schrägscheibe abstützt, und einem Steuerspiegel mit Steuernieren. Zwischen Steuerspiegel und Zylindertrom­ mel ist eine gegenüber der Zylindertrommel axial beweg­ liche Druckplatte angeordnet, die für jeden Zylinder eine Durchgangsöffnung aufweist, die flüssigkeitsdicht mit dem Zylinder verbunden ist. Ferner ist eine nicht näher bezeichnete Andruckeinrichtung zum Halten des mindestens einen Gleitschuhs an der Schrägscheibe vor­ gesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschine mit fester Verbindung zwischen Zylindertrommel und Wel­ le auch dann zuverlässig zu betreiben, wenn die Welle mit Axialspiel behaftet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Axialkol­ ben-Motor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Dabei wird unabhängig von der axialen Position der Wel­ le, die gleichzeitig für die axiale Position der Zylin­ dertrommel ausschlaggebend ist, dafür gesorgt, daß so­ wohl im Bereich des Steuerspiegels als auch im Bereich der Schrägscheibe eine dichtende Anlage der jeweiligen Elemente aneinander gewährleistet ist. Dies sind im Bereich der Schrägscheibe die Gleitschuhe, die durch die Andruckeinrichtung permanent in Anlage an der Schrägscheibe gehalten werden, so daß sie nicht kippen können. Beim Kippen ergäben sich einerseits unerwünsch­ te Leckverluste. Andererseits würde das Steuerverhalten des Motors empfindlich gestört werden. Da die Andruck­ einrichtung gegenüber der Welle axial beweglich ist, sie andererseits aber durch die Spreizeinrichtung immer in Richtung auf die Schrägscheibe mit einer Kraft be­ aufschlagt ist, ist dieser Andruck nunmehr entkoppelt von der axialen Position der Welle. Im Bereich des Steuerspiegels wird die Dichtigkeit nunmehr durch die Druckplatte erreicht, die ebenfalls durch die Spreiz­ einrichtung permanent mit einer Kraft beaufschlagt wird, die sie in Anlage an dem Steuerspiegel hält. Die Welle ist gegenüber der Druckplatte ebenfalls axial beweglich, so daß die axiale Position der Welle keinen Einfluß auf die axiale Position der Druckplatte hat. Die eigentliche Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Zylinder bzw. den Zylindern und dem Steuerspiegel er­ folgt durch die Durchgangsöffnungen in der Druckplatte, mit denen der Zylinder flüssigkeitsdicht verbunden ist. Selbst bei einem Abheben der Zylindertrommel von der Druckplatte, das ausdrücklich zugelassen wird, ist durch die Spreizeinrichtung ein dichtendes Anliegen der Druckplatte am Steuerspiegel und damit ein quasi lecka­ gefreier Weg vom Steuerspiegel in das Innere des Zylin­ ders gegeben. Es wird also eine axiale Beweglichkeit der Welle und damit eine axiale Beweglichkeit der Zy­ lindertrommel zugelassen, ohne daß die Dichtigkeit be­ einträchtigt wird. Der Motor springt also immer an, d. h. unabhängig von der axialen Position der Welle.

Obwohl die Spreizeinrichtung auf beiden axialen Seiten der Zylindertrommel vorgesehen sein kann, ist hier vor­ gesehen, daß die Spreizeinrichtung durch die Zylinder­ trommel hindurchgeführt oder außen um die Zylindertrom­ mel herumgeführt ist. Wenn die Spreizeinrichtung auf beiden Seiten der Zylindertrommel angeordnet ist, bil­ det die Zylindertrommel einen Teil der Spreizein­ richtung, beispielsweise einen Anschlag für die genann­ te Druckfeder. In diesem Fall wäre zwar ein axiales Spiel der Zylindertrommel zugelassen. Die Verhältnisse der Kräfte, mit denen die Andruckeinrichtung einer­ seits und die Druckplatte andererseits beaufschlagt werden, würden sich jedoch in Abhängigkeit von der Po­ sition der Zylindertrommel ändern. Dies ist im allge­ meinen unbeachtlich, da die axialen Bewegungen der Zy­ lindertrommel lediglich im Bereich von Millimetern lie­ gen. Wenn jedoch die Spreizeinrichtung durch die Zylin­ dertrommel hindurchgeführt ist, ist die Spreizkraft unabhängig von der axialen Position der Zylindertrom­ mel. Ein Verschieben der Zylindertrommel vergrößert nicht die Kraft auf die eine Seite und verkleinert nicht die Kraft auf die andere Seite.

Vorzugsweise weist die Spreizeinrichtung eine Druckfe­ der auf. Natürlich können auch mehrere Druckfedern ver­ wendet werden. Diese Druckfeder oder diese Druckfedern sind dann zwischen der Andruckeinrichtung und der Druckplatte angeordnet und drücken diese beiden Teile voneinander weg.

Vorzugsweise weist die Andruckeinrichtung eine Loch­ platte, durch die der Gleitschuh eines jeden Kolbens geführt ist, und ein sphärisches Lagerelement auf, das von der der Schrägscheibe abgewandten Seite an der Lochplatte anliegt, wobei die Spreizeinrichtung auf das Lagerelement wirkt. Das Lagerelement bildet sozusagen einen zentralen Angriffspunkt auf die Lochplatte, so daß hier mit einfachen Mitteln ein gegensinniges Beauf­ schlagen von Andruckeinrichtung und Druckplatte er­ reicht werden kann, ohne daß weitere konstruktive Ab­ stützungsmaßnahmen notwendig sind.

Vorzugsweise ist für eine Bewegungsrichtung der Zylin­ dertrommel auf den Steuerspiegel hin ein Axialanschlag vorgesehen. Dieser Axialanschlag bildet eine definierte Begrenzung für die Bewegung der Welle und damit für die Bewegung der Zylindertrommel.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Druckplatte eine Anschlagfläche für die Zylindertrommel aufweist. Hiermit wird eine definierte Anlagemöglichkeit der Zy­ lindertrommel an der Druckplatte geschaffen.

In einer bevorzugten alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Axialanschlag durch ein zumindest in Axialrichtung wellenfestes Teil gebildet ist, das gegen ein gehäusefestes Teil zur Anlage kommt. Während es bei der ersten Alternative bei einer Bewegung der Zylindertrommel auf den Steuerspiegel zu einer Erhöhung der Kräfte zwischen der Druckplatte und dem Steuerspie­ gel kommen kann, die zu einer entsprechenden Erhöhung der Reibungskräfte zwischen Druckplatte und Steuerspie­ gel führen, werden diese Kräfte nun zumindest teilweise durch das wellenfeste Teil aufgefangen, das gegen das gehäusefeste Teil zur Anlage kommt. Beispielsweise kann das wellenfeste Teil durch einen an der Welle befestig­ ten Ring gebildet sein, der gegen ein entsprechendes Axiallager im Gehäuse zur Anlage gebracht werden kann. In diesem Fall vermeidet man eine höhere Druckbelastung des Steuerspiegels.

Auch ist bevorzugt, daß die Welle permanent mit einer in Richtung vom Steuerspiegel zur Schrägscheibe weisen­ den Kraft beaufschlagt ist. In diesem Fall erhält die Zylindertrommel eine definierte Ruhelage.

Vorzugsweise ist jeder Zylinder mit der Druckplatte über eine Steckbuchse verbunden, die im Zylinder und/ oder in der Druckplatte axial bewegbar gelagert ist. Durch die Steckbuchse läßt sich mit recht einfachen Maßnahmen eine flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen der Durchgangsöffnung in der Druckplatte und dem Zylin­ der herstellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausgestaltung eines Motors und

Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung eines Motors.

Ein Motor 1 weist eine in einem Gehäuse 2 gelagerte Welle 3 auf, mit der drehfest und axialfest eine Zylin­ dertrommel 4 verbunden ist. In der Zylindertrommel 4 sind mehrere Zylinder 5 vorgesehen, von denen einer dargestellt ist. In jedem Zylinder 5 ist ein Kolben 6 hin- und herbeweglich angeordnet. Der Kolben 6 ragt an einem Ende (in der Zeichnung links) aus der Zylinder­ trommel 4 heraus. Er stützt sich dort über einen Gleit­ schuh 7 an einer Schrägscheibe 8 ab. Die Schrägscheibe 8 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen festen Neigungswinkel. Dieser kann jedoch auch variabel ge­ staltet werden.

Die Gleitschuhe 7 werden über eine Andruckeinrichtung 9 in Anlage an der Schrägscheibe 8 gehalten, wobei die Andruckeinrichtung 9 gebildet wird durch ein sphärisches Lager 10, das axial verschiebbar auf der Welle 3 angeordnet ist, und eine Lochplatte 11, die auf dem Lager 10 aufliegt. Bei einer Drehung der Zylinder­ trommel 4 schwenkt die Lochplatte 11 fortwährend auf dem Lager 10.

Auf der anderen axialen Seite der Zylindertrommel 4 ist ein Steuerspiegel 12 angeordnet, der in bekannter Weise (siehe z. B. DE 43 01 134 A1) nicht näher dargestellte Steuernieren aufweist, die mit ebenfalls nicht näher dargestellten Zu- und Abflußkanälen in Verbindung ste­ hen. Zwischen dem Steuerspiegel 12 und der Zylinder­ trommel 4 ist eine Druckplatte 13 angeordnet, die für jeden Zylinder eine Durchgangsöffnung 14 aufweist. Die Durchgangsöffnung 14 überstreicht bei einer Drehung der Zylindertrommel 4 die Steuernieren. Jede Durchgangsöff­ nung 14 steht über eine Steckbuchse 15 mit dem jeweili­ gen Zylinder 5 in Verbindung. Die Steckbuchse 15 ist ortsfest im Zylinder 5 angeordnet. Sie läßt sich aber gegenüber der Druckplatte 13 axial verschieben, so daß eine gewisse axiale Beweglichkeit zwischen der Druck­ platte 13 und der Zylindertrommel 4 zugelassen wird. Durch die Steckbuchse 15 ist aber in jeder axialen Po­ sition ein flüssigkeitsdichter Weg von den Steuernieren des Steuerspiegels 12 in das Innere des Zylinders 5 sichergestellt.

An dem Ende der Welle 3, das durch die Lochplatte 11 und die Schrägscheibe 8 geführt ist, ist ein Axiallager 16 vorgesehen. Am anderen Ende ist im Gehäuse eine Druckfeder 17 vorgesehen, die die Welle 3 in Richtung auf dieses Axiallager 16 vorspannt.

Zwischen der Andruckeinrichtung 9 und der Druckplatte 13 ist eine Spreizeinrichtung 18 vorgesehen, die durch eine Druckfeder 19 und einen Stößel 20 gebildet ist. Hierbei stützt sich die Druckfeder 19 einerseits an der Druckplatte 13 ab, während sie sich andererseits über den Stößel 20 am Lager 10 der Andruckeinrichtung 9 ab­ stützt. Natürlich könnte die Druckfeder auch durchge­ hend ausgebildet sein. Sie könnte auch beiden Seiten mit Stößeln zur Abstützung versehen sein. Letztendlich könnten auch zwei Druckfedern mit einem Stößel dazwi­ schen vorgesehen sein, wobei der Stößel sogar Bestand­ teil der Zylindertrommel 4 sein könnte. Wichtig ist nur, daß die Druckfeder 19 (oder die entsprechenden Druckfedern) so dimensioniert sind, daß sie in jeder zulässigen axialen Lage entgegengerichtete Kräfte auf die Andruckeinrichtung 9 einerseits und die Druckplatte 13 ausüben, so daß die Andruckeinrichtung 9 in Richtung auf die Schrägscheibe 8 und die Druckplatte 13 in Rich­ tung auf den Steuerspiegel 12 gepreßt wird.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bestimmt aus­ schließlich die Stärke der Druckfeder 19 die Stärke des Anpreßdrucks. Hier ist nämlich die Spreizeinrichtung 18 durch die Zylindertrommel 4 hindurchgeführt, d. h. die axiale Position der Zylindertrommel hat keinen Einfluß auf die Kraft der Feder 19. Anders wäre es, wenn sich Federn 19 an den beiden Stirnseiten der Zylindertrommel 4 abstützen würden. Hier würde bei einer Verschiebung der Zylindertrommel 4 nach links eine etwas größere Kraft auf die Andruckeinrichtung 9 ausgeübt werden, während die Kraft auf die Druckplatte 13 sinken würde.

Bei einer Bewegung nach rechts (auf die Lage in der Zeichnung bezogen) wäre dies umgekehrt. Bei einer aus­ reichenden Dimensionierung der Feder ist dies jedoch unschädlich, weil die Bewegungsmöglichkeit der Zylin­ dertrommel 4 lediglich im Bereich von wenigen Millime­ tern liegen.

Durch die Spreizeinrichtung 18 wird also dafür gesorgt, daß unabhängig von der axialen Position der Zylinder­ trommel 4 immer eine ausreichende Anpreßkraft von Druckplatte 13 an den Steuerspiegel einerseits und Gleitschuhe 7 an die Schrägscheibe 8 andererseits auf­ rechterhalten wird. Der Motor 1 kann also in jeder Lage betrieben werden.

Die Bewegung der Zylindertrommel 4 in Richtung auf den Steuerspiegel 12 wird durch eine Anschlagfläche 21 auf der Druckplatte 13 begrenzt. Eine weitere Bewegung der Zylindertrommel 4 auf den Steuerspiegel 12 hin ist nicht möglich. Allerdings ist bei einer Erhöhung der Belastung der Welle 3 in diese Richtung eine Druckerhö­ hung auf den Steuerspiegel 12 möglich.

Um diese Druckerhöhung zu begrenzen, ist in Fig. 2 in der gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen ver­ sehen worden sind, bei einem Motor 1′ ein in Axialrich­ tung wellenfester Anschlag 22 vorgesehen, der gegen einen entsprechenden Gehäuseanschlag 23 zur Anlage kom­ men kann. Durch den Anschlag 22 läßt sich die Bewegung der Welle 3 und damit der Zylindertrommel 4 in Richtung auf den Steuerspiegel 12 hin begrenzen, ohne daß auf den Steuerspiegel 12 übermäßig große Kräfte ausgeübt werden können.

Die Zylindertrommel 4 mit der Welle 3 sind hier in ei­ ner Position dargestellt, in der sie nach links ein Spiel A und nach rechts ein Spiel B haben. Die Summe der Spiele A + B liegt in der Größenordnung 0,5 bis 1,5 mm, ist aber in den meisten Fällen einfach nur ab­ hängig von den Produktionstoleranzen.

Claims (8)

1. Hydraulischer Axialkolben-Motor mit einer Zylinder­ trommel, die drehfest und axialfest mit einer Welle verbunden ist und die mindestens einen Zylinder aufweist, pro Zylinder einem in dem Zylinder ange­ ordneten Kolben, der sich an seinem aus der Zylin­ dertrommel herausragenden Ende über einen Gleit­ schuh an einer Schrägscheibe abstützt, einer An­ druckeinrichtung zum Halten des mindestens einen Gleitschuhs an der Schrägscheibe, die axial beweg­ bar gegenüber der Zylindertrommel gelagert ist, einem Steuerspiegel mit Steuernieren und einer zwi­ schen Steuerspiegel und Zylindertrommel gegenüber der Zylindertrommel axial beweglich angeordneten Druckplatte, die für jeden Zylinder eine Durch­ gangsöffnung aufweist, die flüssigkeitsdicht mit dem Zylinder verbunden ist, wobei zwischen der An­ druckeinrichtung (9) und der Druckplatte (13) eine Spreizeinrichtung (18) vorgesehen ist, die durch die Zylindertrommel (4) hindurch oder außen um die Zylindertrommel (4) herum geführt ist und die die Andruckeinrichtung (9) und die Druckplatte (13) mit einander entgegengerichteten Kräften beaufschlagt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizeinrichtung (18) eine Druckfeder (19) aufweist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Andruckeinrichtung (9) eine Lochplatte (11), durch die der Gleitschuh (7) eines jeden Kol­ bens (6) geführt ist, und ein sphärisches Lagerele­ ment (10) aufweist, das von der der Schrägscheibe (8) abgewandten Seite an der Lochplatte (11) an­ liegt, wobei die Spreizeinrichtung (18) auf das Lagerelement wirkt.

4. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Bewegungsrichtung der Zylindertrommel (4) auf den Steuerspiegel (12) hin ein Axialanschlag (21, 22, 23) vorgesehen ist.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (13) eine Anschlagfläche (21) für die Zylindertrommel (4) aufweist.

6. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialanschlag durch ein zumindest in Axialrich­ tung wellenfestes Teil (22) gebildet ist, das gegen ein gehäusefestes Teil (23) zur Anlage kommt.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (3) permanent mit einer in Richtung vom Steuerspiegel (12) zur Schrägscheibe (8) weisenden Kraft beaufschlagt ist.

8. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (5) mit der Druckplatte (13) über eine Steckbuchse (15) verbun­ den ist, die im Zylinder (5) und/oder in der Druck­ platte (13) axial bewegbar gelagert ist.