EP0189786B1

EP0189786B1 - Axial-Kolbenmaschine

Info

Publication number: EP0189786B1
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: 1989-10-04
Also published as: EP0189786A3; JPS61178568A; DE3666061D1; EP0189786A2; DE3503437A1; US4771677A; DE3503437C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axial-Kolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Axial-Kolbenmaschine dieser Bauart ist in US-PS-3 177 665 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. Ferner 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 vorgenannten Grüden nachteilig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axial-Kolbenmaschine der eingangs beschriebenen Bauart so auszugestalten, daß bei raumsparender Bauweise eine herstellungstechnisch einfache, montagefreundliche und stabile Drehsicherung erreicht wird.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist der Schiefscheibenkörper mit seiner runden Umfangsfläche, von der wenigstens eine Achse außerhalb der gemeinsamen Achse liegt, formschlüssig drehgesichert in einer entsprechend dieser Umfangsfläche geformten Ausnehmung des Gehäuses eingesetzt. Unter einer runden Umfangsfläche ist dabei beispielsweise eine kreisrunde Umfangsfläche zu verstehen, deren eine Achse außerhalb der gemeinsamen Achse des Schiefscheibenkörpers und der Triebwelle liegt, also eine zu dieser gemeinsamen Achse exzentrische Umfangsfläche ist, oder auch eine ovale bzw. elliptische Umfangsfläche zu verstehen, von der mindestens eine der Symmetrieachsen außerhalb der genannten gemeinsamen Achse liegt. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich die angestrebte Drehsicherung automatisch, weil der Schiefscheibenkörper formschlüssig ohne zusätzliche Befestigung in das Gehäuse eingesetzt und in der Ausnehmung gesichert ist. Die angestrebte Stabilität ergibt sich dadurch, daß zum einen praktisch die gesamte Umfangsfläche des Schiefscheibenkörpers in die Drehsicherung einbezogen ist, wodurch sich eine geringe Flächenpressung ergibt, und zum anderen die Drehsicherung in einem bezüglich der Größe des Schiefscheibenkörpers großen Abstand von der Achse des Schiefscheibenkörpers wirksam ist, wodurch die den Schiefscheibenkörper in Umfangsrichtung beaufschlagenden Kräfte verringert sind.
Durch das Einsetzen des Schiefscheibenkörpers ohne zusätzliche Befestigung in das Gehäuse ergibt sich ein weiterer wesentlicher Vorteil, der angesichts der erheblichen Belastungen, die im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine auf den Schiefscheibenkörper wirken, von erheblicher Bedeutung ist. Aufgrund des durch die Toleranzen entstehenden Spiels zwischen der Umfangsfläche des Schiefscheibenkörpers und der Umfangsfläche der Ausnehmung ergibt sich ein Freiraum, der im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine zusammen mit dem üblicherweise mit Öl vollständig gefüllten Innenraum des Maschinengehäuses ebenfalls mit Öl gefüllt ist. Bei den durch Lastwechsel an der Triebwelle entstehenden wechselseitigen Schlägen, die im Betrieb der Axial-Kolbenmaschine am Schiefscheibenkörper in Umfangsrichtung wirken, wirkt sich dieser Ölfilm zwischen den Umfangsfläche im Sinne einer hydraulischen Dämpfung aus, wodurch Belastungsspitzen abgebaut und die Lebensdauer der Axial-Kolbenmaschine insgesamt vergrößert wird.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß für die Drehsicherung keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, wie es bei der bekannten Ausgestaltung der Fall ist. Dies ist aus herstellungstechnischen Gründen und auch aus Gründen einfacher Montage bzw. Demontage von Bedeutung. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung bedarf es lediglich des Einsetzens des Schiefscheibenkörpers mit seiner runden Umfangsfläche in die entsprechend geformte Ausnehmung des Gehäuses.
Die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 2 und 3 führen 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 verhältnismäßig weicher Anschlag verwirklichen läßt, wenn der Schiefscheibenkörper in die eine oder in die andere Umfangsrichtung beaufschlagt wird. 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.
Da eine gesonderte axiale Befestigung des Schiefscheibenkörpers nicht vorhanden ist, sondem dieser unter der Belastung der Kolben-Gleitschuh-Anordnung gegen die sich quer zur Achsrichtung erstreckende Anschlagfläche am Gehäuse abgestützt und gehalten ist, ist zur axialen Sicherung des Schiefscheibenkörpers im unbelasteten Zustand der Maschine gemäß Anspruch 5 der Schiefscheibenkörper gegen eine Verschiebung in Richtung auf die Zylindertrommel zusätzlich durch eine ihn in Richtung auf die Ausnehmung beaufschlagende Feder gehalten.
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 Verschwenken 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. Darüberhinaus ist noch zu bemerken, daß die erfindungsgemäße Ausgestaltung sich sowohl für den Pumpenbetrieb als auch für den Motorbetrieb dieser Axial-Kolbenmaschinen eignet.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer einfachen 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 Gleitschuhen 12 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 Durchmesserkleinere 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 sich zwischen diesen beiden erstreckende Schulter in Form einer Stufenfläche 23 aufgrund der gleichen Exzentrizität E der Formgebung der dies bezüglichen Flächen an der Schiefscheibe 14 entsprechen. Die Schiefscheibe 14 kann deshalb etwa schließend von innen her in die Ausnehmung 1 eingesetzt werden, wobei aufgrund der exzentrischen Anordnung der Umfangsflächen 16, 22; 17, 21 und des Vorhandenseins der Stufenflächen 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 Zylindertrommel 17 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, d die Kolben-Gleitschuh-Anordnung 25 in Richtung auf die Schiefscheibe 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 Umfangsflächen 16, 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 einer Ausnehmung (19) eines Gehäuses (1) eingesetzten, drehfest angeordneten Schiefscheibenkörper (14), mit einer Triebwelle (4), die im Schiefscheibenkörper (14) gelagert ist und mit einer drehbaren Zylindertrommel (7), die mit der Triebwelle gekoppelt ist und in der eine Mehrzahl Kolben (9) in Kolbenbohrungen axial verschiebbar sind, deren Kolbenköpfe (11) mittels Gleitschuhen (12) an der schiefen Fläche des Schiefscheibenkörpers (14) abgestützt sind und wobei der Schiefscheibenkörper (14) sich seinerseits mit einer sich quer zur Achsrichtung erstreckenden Anschlagfläche (18) in der der Zylindertrommel (7) abgewandten Richtung an dem Gehäuse (1) abstützt,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schiefscheibenkörper (14) eine runde Umfangsfläche (17) aufweist, von der wenigstens eine Achse außerhalb der gemeinsamen Achse des Schiefscheibenkörpers (14) und der Triebwelle (4) liegt, mit welcher Umfangsfläche (17) der Schiefscheibenkörper (14) formschlüssig auf einem großen Teil seines Umfanges mit geringer Flächenpressung drehgesichert an der Wandung der entsprechend seiner Umfangsfläche (17) geformten Ausnehmung (19) des Gehäuses (1) anliegt, wobei der Schiefscheibenkörper (14) ohne zusätzliche Befestigung derart in das Gehäuse (1) eingesetzt ist, daß sich zwischen der Umfangsfläche (17) des Schiefscheibenkörpers (14) und der Umfangsfläche der Ausnehmung (19) im Betrieb ein dämpfender Ölfilm ausbildet.

2. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß am Schiefscheibenkörper (14) und an der Ausnehmung (19) zwei in Achsrichtung hintereinander liegende zylindrische Umfangsflächen (16, 17; 21, 22) ausgebildet sind, die exzentrisch (E) zueinander angeordnet sind, und von denen eine die runde Umfangsfläche bildet.

3. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 2, 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.

4. Axial-Kolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagfläche (18) in Achsrichtung zwischen der größeren und kleineren Umfangsfläche (16, 17) angeordnet ist.

5. Axial-Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schiefscheibenkörper (14) gegen eine Verschiebung in Richtung auf die Zylindertrommel (7) zusätzlich durch eine ihn in Richtung auf die Ausnehmung (19) beaufschlagende Feder (26) gehalte ist.