EP0189786A2

EP0189786A2 - Axial-Kolbenmaschine

Info

Publication number: EP0189786A2
Application number: EP86100502A
Authority: EP
Inventors: Rolf Rohde; Herbert Kurz
Original assignee: Hydromatik GmbH
Current assignee: Hydromatik GmbH
Priority date: 1985-02-01
Filing date: 1986-01-16
Publication date: 1986-08-06
Also published as: EP0189786B1; US4771677A; DE3503437A1; DE3666061D1; JPS61178568A; EP0189786A3; DE3503437C2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axial-Kolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse (1) drehfest angeordneten Schiefscheibenkörper (14), mit einer Triebwelle (4), die im Schiefscheibenkörper (14) gelagert ist und mit einer drehbaren Zylindertrommel (7), die mit der Triebwelle (4) gekoppelt ist, und in der eine Mehrzahl Kolben (9) in Kolbenbohrungen axial verschiebbar sind, deren Kolbenköpfe (11) mittels Gleitschuhen (12) an der schiefen Fläche (13) des Schiefscheibenkörpers (14) abgestützt sind. Es ist der Zweck der Erfindung, die Axial-Kolbenmaschine so auszugestalten, daß bei raumsparender Bauweise eine herstellungstechnisch einfache und montagefreundliche Drehsicherung des Schiefscheibenkörpers (14) möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schiefscheibenkörper (14) mit seiner Umfangsfläche (16, 17) formschlüssig drehgesichert in einer entsprechend der Umfangsfläche (16, 17) geformten Ausnehmung (19) des Gehäuses (1) eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axial-Kolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine Axial-Kolbenmaschine dieser Bauart ist in US-PS 31 77 665 beschrieben und dargestellt (vgl. Fig. 1A) . Bei dieser bekannten Ausgestaltung ist die notwendige Drehsicherung des Schiefscheibenkörpers durch Gewindeschrauben gebildet, die axial von außen einen Flansch des Gehäuses der Axial-Kolbenmaschine durchfassen und in den Schiefscheibenkörper eingeschraubt sind. Auf diese Weise ist der Schiefscheibenkörper nicht nur drehgesichert, sondern auch gleichzeitig am Flansch des Gehäuses befestigt.
Diese bekannte Ausgestaltung ist aus mehreren Gründen nachteilig. Ein wesentlicher Nachteil ist darin zu sehen, daß mehrere zusätzliche Teile für die Drehsicherung notwendig sind, die nicht nur für sich selbst, sondern auch im Hinblick auf die durch sie bedingte Formgebung am Gehäuse und am Schiefscheibenkörper (Durchgangslöcher, Gewindelöcher) einen verhältnismäßig grossen Herstellungsaufwand beanspruchen. Die Anordnung der Gewindeschrauben führt außerdem zu einer vergrößerten Bauweise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axial-Kolbenmaschine der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß bei raumsparender Bauweise eine herstellungstechnisch einfache und montagefreundliche Drehsicherung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung führt zu mehreren Vorteilen. Da die Drehsicherung an der Umfangsfläche des Schiefscheibenkörpers wirkt, ergibt sich aufgrund eines verhältnismäßig großen Wirkabstandes eine verhältnismäßig kleine Belastung in Umfangsrichtung des Schiefscheibenkörpers, wodurch eine verhältnismäßig kleine Flächenpressung vorgegeben ist. Es ist bei Axial-Kolbenmaschinen der vorliegenden Bauart vorauszusetzen, daß insbesondere dann, wenn die Axial-Kolbenmaschine schlagartig in Betrieb gesetzt wird, der Schiefscheibenkörper erhebliche Belastungen in Umfangsrichtung aufzunehmen hat. Bei der bekannten Ausgestaltung kann der durch den Radius des Schiefscheibenkörpers vorgegebene Wirkabstand nicht ausgenutzt werden. Außerdem läßt sich ,aufgrund notwendigen Spiels der Gewindeschrauben in den Durchgangslöchern des Gehäuseflansches und auch in den Gewindelöchern des Schiefscheibenkörpers eine stabile Drehsicherung nur mit Gewindeschrauben hoher Spannkraft, also großen Gewindeschrauben, verwirklichen, die aus den eingangs bezeichneten Gründen zu weiteren Nachteilen führen.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß die Drehsicherung keine zusätzlichen Bauteile umfaßt, sondern lediglich durch die Formgebung am Schiefscheibenkörper und am Gehäuse verwirklicht ist. Es bedarf lediglich des Einsetzens des Schiefscheibenkörpers mit seinem unrunden Umfang in die entsprechend geformte Ausnehmung des Gehäuses, wodurch durch die vorhandenen Formschlußflächen die Drehsicherung automatisch herbeigeführt wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung stellt sich somit als einfache, preiswert herstellbare und montagefreundliche Lösung dar.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ergibt eine Arretierung für den Schiefscheibenkörper in der der Zylindertrommel abgewandten Richtung eine betreffende Anschlagfläche kann in vorteilhafter Weise durch den Ausnehmungsgrund gebildet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist gemäß Anspruch 7 im Bereich der Ausnehmung keine besondere Axialsicherung vorgesehen, die eine Verschiebung des Schiefscheibenkörpers in Richtung auf die Zylindertrommel verhindert. Bei dieser Ausgestaltung wird diese Axial-Sicherung durch die Kolben-Gleitschuh-Anordnung verwirklicht, die bevorzugt unter einer in Richtung auf die Ausnehmung wirksamen Federspannung steht, wobei im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine die Stützkräfte für die Kolben ebenfalls eine in die gleiche Richtung wirksame Axial-Sicherung bewirken. Durch diese Weiterbildung wird die Axial-Kolbenmaschine weiter vereinfacht, weil aufgrund des Fehlens einer Axialsicherung im Bereich der Ausnehmung der Schiefscheibenkörper zum Zweck der Montage in die Ausnehmung einfach eingeschoben und zum Zweck der Demontage einfach herausgenommen werden kann. Die Sicherung in der vorbeschriebenen Axialrichtung erfolgt automatisch durch das Einsetzen der Kolben-Gleitschuh-Anordnung.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 ist deshalb vorteilhaft, weil sie zu in Umfangsrichtung formschlüssig wirksamen Umfangsflächen führt, die sich auf einen großen Teil des Umfangs erstrecken. Auf diese Weise läßt sich eine verhältnismäßig geringe Flächenpressung erreichen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 4 führt zu einer Formgebung, die sowohl am Schiefscheibenkörper als auch am Gehäuse einfach und preiswert verwirklicht werden kann. Außerdem ermöglicht diese Weiterbildung Anordnungen der zylindrischen Umfangsflächen zueinander, bei denen sich aufgrund ziehender Berührung der Formschlußflächen ein verhältnismäßigweicher Anschlag verwirklichen läßt, wenn der Schiefscheibenkörper in die eine oder in die andere Umfangsrichtung beaufschlagt wird. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dieser Weiterbildung ist im Anspruch 5 enthalten. Aufgrund eines die Montage bzw. Demontage erleichternden Spiels in der Ausnehmung bedarf es einer bestimmten Exzentrizität zwischen den zylindrischen Umfangsflächen, um ein Verklemmen des Schiefscheibenkörpers in der Ausnehmung durch eine Bewegung in Umfangsrichtung zu verhindern.
Die Ausbildung nach Anspruch 6 führt automatisch zu einer Sicherung gegen eine axiale Verschiebung des Schiefscheibenkörpers in die der Zylindertrommel abgewandte Richtung. Aufgrund der vorhandenen Stufe zwischen den zylindrischen Umfangsflächen des Schiefscheibenkörpers und der Ausnehmung ist bei dieser Ausbildung die Axial- sicherung durch Anschlag der Stufenfläche am Schiefscheibenkörper gegen die Stufenfläche am Gehäuse gegeben.
Der erfindungsgemäßen Ausgestaltung und allen Weiterbildungen ist noch ein Vorteil gemeinsam, der angesichts der erheblichen Belastungen, die im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine auf den Schiefscheibenkörper wirken, von erheblicher Bedeutung ist. Aufgrund des Spiels zwischen der Umfangsfläche des Schiefscheibenkörpers und der Umfangsfläche der Ausnehmung ergibt sich ein Freiraum, der im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine mit öl gefüllt ist. Bei den gegebenenfalls wechselseitigen Schlägen, die im Betrieb der Axial-Kolbenpumpe am Schiefscheibenkörper in Umfangsrichtung wirken, wirkt sich dieser Ölfilm zwischen den Umfangsflächen im Sinne einer hydraulischen Dämpfung aus, wodurch Belastungsspitzen abgebaut und die Lebensdauer der Axial-Kolbenmaschine insgesamt vergrößert wird.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich sowohl für die Axial-Kolbenpumpen mit konstantem Fördervolumen als auch solchen, mit veränderlichem Fördervolumen und auch solchen, bei denen die Drehrichtung umkehrbar ist. In den beiden zuletzt genannten Fällen bedarf es eines Schwenklagers und eines Verstellmechanismus zum Verwenken der Schiefscheibe. In solchen Fällen umfaßt der Begriff Schiefscheibenkörper nicht nur die Schiefscheibe selbst, sondern auch deren Basisplatte, auf der sie als schwenkbares Teil am Gehäuse abgestützt ist.
Darüber hinaus ist noch zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung sich sowohl für den Pumpenbetrieb als auch für den Motorbetrieb von Axial-Kolbenmaschinen eignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer vereinfachten Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete hydrostatische Axial-Kolbenmaschine im Längsschnitt;
Fig. 2 den Schiefscheibenkörper der Axial-Kolbenmaschine im Längsschnitt;
Fig. 3 den Schiefscheibenkörper nach Fig. 2 in der Draufsicht.

Die Axial-Kolbenmaschine besteht aus einem Gehäuse 1 mit einem Befestigungsflansch 2 und einem Gehäusedeckel 3 am dem Befestigungsflansch 2 entgegengesetzten Ende. Im Gehäuse 1 ist eine sich axial erstreckende Triebwelle 4 in Wälzlagern 5, 6 gelagert, auf der innerhalb des Gehäuses 1 eine Zylindertrommel 7 drehfest gelagert ist, die auf einem Teilkreis eine Mehrzahl sich axial erstreckender Zylinderbohrungen aufweist, in denen Kolben 9 verschiebbar sind. Die Kolben weisen an ihren dem Befestigungsflansch 2 zugewandten Enden Kolbenköpfe 11 auf, die in bekannter Weise in Gleitschuhe_li2 aufgenommen und mit diesen Gleitschuhen 12 axial an der schiefen Fläche 13 einer Schiefscheibe 14 abgestützt sind, die von der Triebwelle 4 in einer Durchführungsöffnung 10 durchfaßt wird. Die Schiefscheibe 14, in der das Wälzlager 5 zur Lagerung der Triebwelle 4 aufgenommen und durch einen Lagerdeckel 15 gesichert ist, weist zwei zylindrische Umfangsflächen 16, 17 mit unterschiedlichen Durchmessern d, D auf, die exzentrisch zueinander angeordnet sind. Die Exzentrizität ist in Fig. 3 mit E bezeichnet.
Die im Durchmesser kLeinere zylindrische Umfangsfläche 16 ist der schiefen Fläche 1: weiter entfernt als die größere zylindrische Umfangsfläche 17. Das Durchmesserverhältnis beträgt etwa 1:1,15. Dabei ist die kleinere zylindrische Umfangsfläche 16 - axial gesehen - innerhalb der größeren zylindrischen Umfangsfläche 17 angeordnet, so daß sich auf der gesamten Fläche der Schiefscheibe 14 eine Schulter in Form einer Stufenfläche 18 ergibt.
Das Gehäuse 1 weist zur Aufnahme der Schiefscheibe 14 eineallgemein mit 19 bezeichnete Ausnehmung auf, die im Durchmesser gestuft ist, wobei die im Durchmesser größere zylindrische Innenumfangsfläche 21, die im Durchmesser kleinere zylindrische Innenumfangsfläche 22 und die sieb zwischen diesen beiden erstreckende Schulter in Form einer Stufenfläche 23 aufgrund der gleichen Exzentrizität E der Formgebung der diesbezüglichen Flächenan der Schiefscheibe 14 entsprechen. Die Schiefscheibe 14 kann deshalb etwa schließend von innen her in die Ausnehmung 19 eingesetzt werden, wobei aufgrund der exzentrischen Anordnung der Umfangsflächen 16, 22 ; 17, 21 und des Vorhandenseins der Stufenfläche n 18, 23 sich für die Schiefscheibe 14 sowohl eine in Umfangsrichtung 24 wirksame Drehsicherung als auch eine in der der Zylindertrommel 7 abgewandten Richtung wirksame Axialsicherung ergibt.
Einer besonderen in Richtung auf die Zylindertrcmmel 7 wirksamen Axialsicherung im Bereich der Ausnehmung 19 bedarf es nicht, weil im Betrieb der Axial-Kolbenpumpe die allgemein mit 25 bezeichnete Kolben-Gleitschuh-Anordnung die Schiefscheibe 14 in Richtung auf die Stufenflächen 18, 23 beaufschlagt und somit in ihrer Position sichert. Zusätzlich ist eine Druckfeder 26 vorhanden, die die Kolben-Gleitschuh-Anordnung 25 in Richtung auf die Schief scheibe 14 beaufschlagt, wobei sie an der Zylindertrommel 7 abgestützt ist und mittels einer kuppelförmigen, axial verschiebbaren Hülse 27 sowie einer Halteplatte 28 für die Gleitschuhe 12 auf letztere wirkt.
Durch die Druckfeder 26 ist gleichzeitig die drehfest, jedoch axial verschieblich auf der Triebwelle 4 gelagerte Zylindertrommel 7 gegen die Steuerfläche einer Steuerscheibe 29 beaufschlagt. Die Steuerscheibe 29 und die sich durch-sie erstreckenden Saug- und Druckleitungen entsprechen prinzipiell üblichen Ausgestaltungen und sollen deshalb nicht beschrieben werden.
Im Betrieb wird die Schiefscheibe 14 aufgrund der schiefen Fläche 14 und der Drehbewegung der Zylindertrommel 7 in Umfangsrichtung 24 beaufschlagt. Aufgrund der exzentrischen Anordnung der Umfangsflächen16, 22; 17, 21., die sich als quer zur Umfangsrichtung 24 erstreckende Formschlußflächen darstellen, ist die Drehsicherung der Schiefscheibe 14 gewährleistet. Dabei ergibt sich aufgrund der Exzentrizität E
eine ziehende Berührung zwischen diesen Umfangsflächen, die einem gedämpften Anschlag gleichkommt. Eine weitere hydraulische Dämpfung ist dadurch gegeben, daß der zwischen diesen Umfangsflächen vorhandene ölfilm als Dämpfung wirkt. Der ölfilm kann sich deshalb zwischen die Umfangsflächen 16, 22; 17, 21 fortsetzen, weil der Dichtungsring 31 zur Abdichtung der Schiefscheibe 14 außenseitig von den Umfangsflächen 16, 22; 17, 21 angeordnet ist.
Die Montage bzw. Demontage der Schiefscheibe 14 erfolgt durch die mit dem Deckel 3 verschließbare öffnung des Gehäuses 1, die entsprechend groß bemessen ist.
Die Triebwelle 4 ist mittels des Lagers 5 in der Schiefscheibe 14 gegen eine Verschiebung in beiden axialen Richtungen gesichert, und zwar einerseits durch den Lagerdeckel 15 und andererseits durch einen Sicherungsring 32. Auf diese Weise stellt die Schiefscheibe 14 und die Triebwelle 4 gegebenenfalls mit der Zylindertrommel 7 und der Kolben-Gleitschuh-Anordnung 25 ein vormontierbares Bauteil dar.

Claims

1. Axial-Kolbenmaschine mit einem in einem Gehäuse drehfest angeordneten Schiefscheibenkörper, mit einer Triebwelle, die im Schiefscheibenkörper gelagert ist und mit einer drehbaren Zylindertrommel, die mit der Triebwelle gekoppelt ist und in der eine Mehrzahl Kolben in Kolbenbohrungen axial verschiebbar sind, deren Kolbenköpfe mittels Gleitschuhen an der schiefen Fläche des Schiefscheibenkörpers abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiefscheibenkörper (14) mit seiner Umfangsfläche (16, 17) formschlüssig drehgesichert in einer entsprechend der Umfangsfläche (16, 17) geformten Ausnehmung (19) des Gehäuses (1) eingesetzt ist.

2. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sich quer zur Achsrichtung erstreckende Anschlagfläche (18) zur Arretierung des Schiefscheibenkörpers (14) in der der Zylindertrommel (7) abgewandten Richtung.

3. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Schiefscheibenkörper (14) und an der Ausnehmung (19) zwei in Aschsrichtung hintereinanderliegende zylindrische Umfangsflächen (16, 17; 21, 22) ausgebildet sind, die exzentrisch (E) zueinander angeordnet sind.

4. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Umfangsflächen (16, 21; 17, 22) unterschiedliche Durchmesser (d, D) aufweisen und die kleineren Umfangsflächen (16, 21) innerhalb einer gedachten, durch die größeren Umfangsflächen (17, 22) gebildeten Hülle angeordnet sind.

5. Axial-Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der schiefen Fläche (13) entferntere zylindrische Umfangsfläche (16, 21) die mit dem kleineren Durchmesser (d) ist.

6. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiefscheibenkörper (14) gegen eine Verschiebung in Richtung auf die Zylindertrommel ( 7) lediglich durch die Kolben-Gleitschuh-Anordnung (25) und gegebenenfalls durch eine letztere in Richtung auf die Ausnehmung (19) beaufschlagende Feder (26) gehalten ist.