EP0428574B1

EP0428574B1 - Hydraulischer axialkolbenmotor

Info

Publication number: EP0428574B1
Application number: EP89908962A
Authority: EP
Inventors: Eckehart Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1992-10-28
Anticipated expiration: 2009-08-09
Also published as: DE3827365A1; EP0428574A1; WO1990001637A1; DE58902574D1

Abstract

Bei einem hydraulischen Axialkolbenmotor (10) ist dessen Rotor (18) sowohl dreh- als auch verschiebefest mit der Motorwelle (16) verbunden und in axialer Richtung spielfrei am Motorgehäuse (91) gelagert. Steuerkanäle (96), durch deren abwechselnde Querschnittsüberlappung mit unter Druck stehenden bzw. druckentlasteten Steuerräumen (99) des Motorgehäuses (91) die alternierende Druckbeaufschlagung und -entlastung der Antriebsdruckräume (37) des Rotors (18) erfolgt, sind an einer Steuerscheibe (88) angeordnet, welche drehfest mit dem die Antriebsdruckräume (37) begrenzenden Antriebsteil (19) des Rotors (18) verbunden, gegenüber diesem jedoch taumelnde bzw. axial verrückende Ausgleichsbewegungen ausführen kann. Die Steuerscheibe (88) hat eine metallische Dichtfläche (118), innerhalb derer die Mündungsöffnungen (98) ihrer Steuerkanäle (96) liegen, und mit der sie an einer gehäuseseitigen Dichtfläche, innerhalb derer die Mündungsöffnungen (98) der Steuerräume (99) liegen, gleitend und dichtend anliegt. Sie ist durch elastische Dichtungselemente (34), welche die Abdichtung der Antriebdruckräume (37) gegen den den Rotor (18) enthaltenden Gehäuseräum vermitteln, in Anlage mit der gehäuseseitigen Dichtfläche (114) gedrängt, wobei diese Dichtungselemente (34) unter einer erheblichen axialen Vorspannung gehalten sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Axialkolbenmotor als rotatorischer Antriebsmotor für Werkzeuge oder Positionierungs- bzw. Vorschubantriebe an Werkzeug- oder Bearbeitungsmaschinen, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten mit der Antriebswelle des Motors dreh- und verschiebefest verbundenen, axial spielfrei gelagerten, Rotor, der in axialsymmetrischer Verteilung um die Drehachse Bohrungen aufweist, in denen je ein Kolben in axialer Richtung - parallel zur Drehachse - druckdicht verschiebbar geführt ist, der die axialbewegliche Begrenzung eines Antriebsdruckraumes bildet, durch dessen steuerbare Beaufschlagung mit dem Ausgangsdruck eines Druckversorgungsaggregates der Kolben in Anlage mit einer gehäusefest angeordneten, mit der Drehachse konzentrischen Kurvenbahn drängbar ist, die, ebenfalls in einer bezüglich der Drehachse axialsymmetrischen Gruppierung, jedoch in geringerer Multiplizität als derjenigen der Bohrungen des Motors zu diesem hinweisende Vorsprünge und zwischen diesen angeordnete Senken hat, die, mit glatter Krümmung aneinander anschließend, eine Abwälzfläche für Stützkugeln bilden, die an den freien Enden der Kolben frei drehbar gelagert sind, wobei die Druckmittelzufuhr und -abfuhr zu bzw. aus den Antriebsdruckräumen des Rotors über rotorseitige, an einer mit dem Rotor drehfest verbundenen Steuerscheibe angeordnete Steuerkanäle und mit diesen abwechselnd in kommunizierende Verbindung gelangende, gehäuseseitige Steuerräume erfolgt, die in einer der Axial-Symmetrie der Kurvenbahn entsprechenden Symmetrie in azimutal äquidistanter Verteilung um die zentrale Achse des Axialkolbenmotors gruppiert sind und, in Drehrichtung gesehen, alternierend an den Betriebsdruckausgang bzw. den Tank des Druckversorgungsaggregats anschließbar sind, wobei die Steuerkanäle an einer Steuerscheibe angeordnet sind, die mit einer metallischen Dichtfläche, innerhalb derer die gehäuseseitigen Mündungsöffnungen ihrer Steuerkanäle liegen, an einer gehäuseseitigen Dichtfläche, innerhalb derer die Mündungsöffnungen der gehäuseseitigen Steuerräume liegen, gleitend und dichtend in Anlage gehalten ist, und, um gegenüber dem Rotor innerhalb eines kleinen Winkel- bzw. Axialverschiebebereiches taumelnde bzw. axial verrückende Ausgleichsbewegungen zu ermöglichen, über mit zentralen Durchgangsbohrungen versehene Abschlußelemente, die in die Bohrungen des Rotors eingesetzt sind und über diese Bohrungen gegen den den Rotor enthaltenden Gehäuseraum abdichtende, elastische, unter Vorspannung stehende Dichtungselemente axial am Rotor abgestützt sind, sowie mit einer metallischen Dichtfläche ihrerseits dichtend an der Steuerscheibe anliegen, elastisch nachgiebig am Rotor abgestützt ist.
Derartige Axialkolbenmotoren sind durch die FR-A 1 452 275 bekannt.
Gemäß einer in der FR-A 1 452 275 im Detail erläuterten Gestaltung des bekannten Axialkolbenmotors sind die Abschlußelemente, die einen metallisch dichtenden Anschluß der Antriebsdruckräume der einzelnen Linearzylinder des Rotors mit den Steuerkanälen der Steuerscheibe Abschlußelemente in den genannten Bohrungen erzielt, so daß diese keinem nennenswerten Verschleiß unterworfen sind, jedoch müssen, um die Abschlußelemente in dichtender Anlage mit der Steuerscheibe zu halten, zusätzliche Federelemente - gewellte Ringfedern - vorgesehen werden, die sich ihrerseits an in Innennuten der Zylinderbohrungen des Rotors eingesetzten, mehr oder weniger elastischen Ringscheiben axial abstützen. Nachteilig ist der nicht unerhebliche technische Aufwand, der mit dem Einstechen von Innennuten in die Zylinderbohrungen, der Anordnung von inneren Stützringen und der sich an diesen axial abstützenden Federscheiben verknüpft ist.
In der FR-A 1 452 275 ist auch die Möglichkeit erwähnt, die Abschlußelemente mittels zwischen Endstirnflächen derselben und dem Rotor des Axialkolbenmotors eingespannter elastischer Dichtringe gegen die Steuerscheibe mit einer Mindestkraft zu drängen, in welchem Falle jedoch eine Zentrierwirkung durch die Dichtringe nicht erzielt werden kann und daher die Zentrierung der Abschlußelemente durch eine besonders genaue Anpassung ihrer Form an die Bohrungsquerschnitte der Zylinderbohrungen erzielt werden muß - exakte, abschnittsweise Kugelförmigkeit ihrer äußeren Mantelflächen - was wiederum mit erheblichem Fertigungsaufwand verbunden ist und, da in diesem Falle die Abschlußelemente in gleitende Anlage mit der Zylinderbohrung kommen können, auch mit Verschleiß behaftet sein kann.
Mit diesem Nachteil behaftet wäre die zuletzt erwähnte Gestaltung des bekannten Axialkolbenmotors auch dann, mit der Zylinderbohrung kommen können, auch mit Verschleiß behaftet sein kann.
Mit diesem Nachteil behaftet wäre die zuletzt erwähnte Gestaltung des bekannten Axialkolbenmotors auch dann, wenn anstelle gummielastischer Dichtungen metallische Dichtungen, die eine axiale Vorspannung entfalten können, wie in Verbindung mit Hydromotoren bzw. -pumpen durch die JP-A 6 259 773 bekannt, verwendet würden.
Von einem Axialkolbenmotor der eingangs genannten Art ausgehend, ist es daher Aufgabe der Erfindung, diesen dahingehend zu verbessern, daß bei gleichwohl einfachem Aufbau und günstig niedrigem Verschleiß ein Betrieb als Schnelläufer möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die hiernach vorgesehene Gestaltung der Bohrungen des Rotors als Stufenbohrungen, der Abschlußelemente als stufenkolbenförmige Stopfen und Anordnung einer vorgespannten elastischen Ringdichtung zwischen einer Ringschulter der Zylinderbohrungen und dem radialen Flansch der Stopfen, wobei diese Dichtung auch die zylindermantelförmige, kleinere Stufe des Stopfens, unter Vorspannung stehend, umschließt, vermittelt die Dichtung drei wesentliche Funktionen, nämlich zum einen die Abdichtung des jeweiligen Antriebsdruckraumes gegen den den Rotor enthaltenden Gehäuseraum, zum zweiten das Andrücken des jeweiligen Abschlußelements an die Steuerscheibe und zum dritten die Zentrierung des Abschlußelements bezüglich der zentralen Bohrungsachse, mit der günstigen Folge, daß die Stopfen, abgesehen von guter Planarität ihrer metallischen Dichtflächen ansonsten keiner besonders genauen Bearbeitung bedürfen und daher als einfache Drehteile herstellbar sind, die keiner besonders genauen Anpassung an die Bohrungsdurchmesser bedürfen, so daß relativ große Spaltweiten zwischen den flanschförmigen Stufen der Stopfen und diese umschließender Bohrungswände möglich sind, für die durch die Merkmale des Anspruchs 2 besonders günstige Mindestwerte angegeben sind.
Günstig ist es auch, wenn die Stopfen in einem kleinen Abstand e von der inneren Ringschulter der Zylinderbohrungen enden, wodurch in jedem Falle ein Anschlagen der Stopfen an Bohrungswänden vermieden und Verschleiß minimiert wird.
Durch die Merkmale der Ansprüche 4 bis 7 sind sowohl unter funktionellen Gesichtspunkten wie auch unter Gesichtspunkten der preisgünstigen Herstellbarkeit vorteilhafte Gestaltungen der Dichtungselemente des Rotors, der Steuerscheibe des Rotors sowie der die Steuerräume begrenzenden Gehäuseteile des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors angegeben.
Durch die Merkmale der Ansprüche 8 bis 12 sind konstruktiv einfache Maßnahmen zur Realisierung einer spielfreien und verschleißarmen Lagerung der Motorwelle und des Rotors des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors angegeben.
In Kombination hiermit wird durch die - für sich bekannte - Maßnahme gemäß Anspruch 13 auf einfache Weise das Schmiermittel für die Rotorlagerung aus dem Druckmittelversorgüngskreis bereitgestellt.
Durch die Merkmale des Anspruchs 14 ist - unter Verwendung des erfindungsgemäßen Axialkolbenmotors - eine hydraulische Antriebseinheit angegeben, die sich für eine Vielzahl von Einsatzzwecken eignet und durch einen besonders raumsparenden Gesamtaufbau auszeichnet.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels anband der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine hydraulische Antriebseinheit mit einem mittels eines Elektromotors und eines Nachlauf-Regelventils gesteuerten, erfindungsgemäßen Axialkolbenmotor, in maßstäblicher Längsschnitt-Darstellung,
Fig. 2 Einzelheiten des Axialkolbenmotors gemäß Fig. 1, in vergrößertem Maßstab,
Fig. 2a) bis 2c) vereinfachte Ansichtsdarstellungen von Steuer- elementen des Axialkolbenmotors gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 eine Abwicklung des Axialkolbenmotors gemäß Fig. 1, entlang der die zentralen Achsen seiner Antriebskolben enthaltenden Zylinderfläche, zur Erläuterung seiner Funktion.

In der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, ist ein erfindungsgemäßer, insgesamt mit 10 bezeichneter hydraulischer Axialkolbenmotor im Rahmen einer ihrerseits insgesamt mit 11 bezeichneten hydraulischen Antriebseinheit dargestellt, welche den Axialkolbenmotor 10 selbst sowie als Steuerelement für diesen ein insgesamt mit 12 bezeichnetes elektrohydraulisches Nachlauf-Regelventil umfaßt, das mit elektrisch gesteuerter Drehwinkel- bzw. Rotationsfrequenz-Vorgabe und mechanischer Drehwinkel-Rückmeldung arbeitet. Zur Drehwinkel-Vorgabe ist dabei ein impulsgesteuerter Schrittmotor 13 vorgesehen, dessen - der Einfachheit halber nicht dargestellter - Rotor bei Ansteuerung mit einer Folge von elektrischen Impulsen pro Impuls jeweils eine Drehung um einen definierten Winkelbetrag von z. B. 4° erfährt, wobei der Schrittmotor in Start-Stop-Betrieb mit einer Impulsfolge ansteuerbar ist, deren Impulsfolgefrequenz bis zu 5 kHz betragen kann.
Das Nachlauf-Regelventil 12 und der zu seiner Ansteuerung vorgesehene Schrittmotor 13 können nach Aufbau und Funktion als bekannt vorausgesetzt werden und sollen daher nachfolgend nur insoweit erläutert werden, wie dies für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist.
Der Axialkolbenmotor 10, das Nachlauf-Regelventil 12 und der Schrittmotor 13 sind entlang einer gemeinsamen zentralen Längsachse 14 ihrer jeweiligen Gehäuse angeordnet, die auch die Drehachse der Welle 16 des Axialkolbenmotors 10 und der Steuerwelle 17 des Schrittmotors 13 markiert.
Der insgesamt mit 18 bezeichnete Rotor des Axialkolbenmotors 10 umfaßt ein in der Art der Trommel eines Trommelrevolvers ausgebildetes, dickwandig-ringzylindrisches Antriebsteil 19, das drehfest und verschiebefest mit der Motorwelle 16 des Axialkolbenmotors 10 verbunden ist. Es könnte im Prinzip einstückig mit der Motorwelle 16 ausgeführt sein, ist jedoch aus fertigungstechnischen Gründen als ein "separates" Baulelement des Rotors ausgebildet, das auf nicht näher dargestellte Weise fest mit einem Regelventil-seitigen Abschnitt 21 der Motorwelle verbunden ist, der durch eine zentrale Bohrung 22 des Antriebsteils 19 des Rotors 18 hindurchtritt und mit einem freien Endabschnitt 23 seiner Länge ventilseitig aus der zentralen Bohrung 22 herausragt.
In das Antriebsteil 19 des Rotors 18 sind in axialsymmetrischer Gruppierung um die zentrale Längsachse 14 des Rotors 18 insgesamt acht durchgebende axiale Bohrungen 24 eingebracht, deren zentrale Bohrungsachsen 26 mit der am besten aus der Fig. 2 b), auf deren Einzelheiten ebenfalls ausdrücklich verwiesen sei, ersichtlichen Anordnung in azimutalen Winkelabständen von 45 ° senkrecht zu dem Bohrungskreis 27 verlaufen, dessen Durchmesser etwa dem Mittelwert zwischen dem Außendurchmesser des Antriebsteils 19 und dem Innendurchmesser seiner zentralen Bohrung 22 entspricht und beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel etwas größer ist als der exakte Mittelwert.
Diese Bohrungen 24 gehen regelventilseitig in eine in axialer Richtung nur wenig ausgedehnte Bohrungsstufe 28 geringfügig größeren Durchmessers über, welche gegen die dem Durchmesser nach etwas kleineren Bohrungen 24 durch eine radiale Ringschulter 29 abgesetzt sind.
In die gestuften Durchgangsbohrungen 24, 28 sind, wie am besten der Darstellung der Fig. 1a) entnehmbar, auf deren Einzelheiten ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen sei, stufenkolbenförmige Stopfen 31 eingesetzt. Diese Stopfen 31 haben eine zylindermantelförmige Stufe 32, deren Außendurchmesser gleich oder annähernd gleich dem Durchmesser d₁ der Bohrung 24 des Antriebsteils 19 ist und eine dem Außendurchmesser nach größere, ringflanschförmige Kolbenstufe 33,deren Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser d₂ der größeren Bohrungsstufe 28 des Antriebsteils 19. Die periphere Mantelfläche 33′ dieser ringflanschförmigen Stufe 33 hat eine flach-konvexe Wölbung.
Die Stopfen 31 werden durch gummielastische O-Ringe 34 zentriert und gegen das Antriebsteil 19 abgedichtet, wobei diese O-Ringe 34 axial einerseits an den Ringschultern 29 abgestützt sind, welche die - räumlich - weiteren Bohrungsstufen 28 gegen die Bohrungen 24 des Antriebsteils 19 absetzen, und andererseits über eine dünne Ringscheibe 35 an der Innenseite der ringflanschförmigen Stufe 33 der Stopfen 31 abgestützt sind, wodurch diese in der dargestellten Position gehalten werden, in welcher die inneren End-Stirnflächen der Stopfen 31 noch in einem kleinen axialen Abstand e von der die Bohrungsstufen 28 und 24 gegeneinander absetzenden Ringschultern 29 angeordnet sind. Die als zusätzliches Dichtungselement vorgesehene Dichtscheibe 35 besteht aus einem Elastomer, z. B. einem Polyamid, wobei durch diese Ringscheibe der zwischen der peripheren Mantelfläche 33′ der ringflanschförmigen Stufe 33 des jeweiligen Stopfens 31 und der weiteren Bohrungsstufe 28 des Antriebsteils 19 verbleibende, relativ enge Ringspalt, dessen radiale Weite wesentlich kleiner ist als die radiale Breite der Rinschulter 39 und z. B. 1/10 derselben beträgt, sehr gut abdichtbar ist.
Durch die geschilderte Ausbildung der Stopfen 31 und Anordnung derselben innerhalb der Bohrungsstufen 28 des Antriebsteils 19 wird innerhalb hinreichend weiter Grenzen eine gleichsam cardanische Beweglichkeit der Stopfen 31 erzielt, die im Betrieb des Motors 10 zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen erforderliche "Taumelbewegungen" der Stopfen 31 ermöglicht und gleichwohl eine hinreichend druckdichte Begrenzung von Antriebsdruckräumen 37 des Axialkolbenmotors 10 gewährleistet.
In jeder der - axialen - Bohrungen 24 des Antriebsteils 19 des Rotors 18 ist druckdicht-verschiebbar ein Kolben 36 geführt, der die axial-bewegliche Begrenzung je eines der Antriebs-Druckräume 37 - 37a bis 37h - des Rotors 18 bildet, durch deren alternative Druckbeaufschlagung und -entlastung die Antriebs-Steuerung des Hydromotors 10 erfolgt.
Die Kolben 36 sind axial an einer gehäusefest angeordneten, mit der zentralen Längsachse 14 des Axialkolbenmotors 10 koaxialen, bezüglich dieser axialsymmetrisch ausgebildeten Kurvenrippe 38 abgestützt, die beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel, bei dem der Rotor 18 mit acht Antriebskolben 36 - 36a bis 36h - bestückt ist, die Form einer dreizackigen "Krone" hat, deren Zacken 39 - 39a, 39b, 39c - zum Antriebsteil 19 des Rotors 18 hinweisend angeordnet sind.
In der Abwicklungs-Darstellung der Fig. 3 gesehen, auf deren Einzelheiten nunmehr ebenfalls Bezug genommen sei, haben die Zacken 39 der an ihrer Basis kreisringförmigen Kurvenrippe 38 die Form flacher, gleichschenklig-stumpfwinkliger Dreiecke, deren Schenkel 41 - 41a, 41b und 41c - sowie 42 - 42a, 42b und 42c - einen stumpfen Winkel β einschließen, der in praxi einen Wert zwischen 120° und 150°, in bevorzugter Auslegung des Axialkolbenmotors 10 einen Wert um 140°, speziell einen Wert von 138° hat.
In der in der Fig. 3 durch den Pfeil 43, in der Fig. 2c) durch den Pfeil 43′ repräsentierten, azimutalen Richtung gesehen, sind durch die Schenkel 41 und 42 der Zacken 39 bzw. axialen Vorsprünge der Kurvenrippe 38 aufsteigende und abfallende Rampen konstanter Steigung bzw. Neigung gebildet, die in den "Spitzen" 44 der Kurvenrippe 38 sowie in den dazwischen angeordneten "Tälern" 46 innerhalb eines kleinen Winkelbereiches, der jeweils nur wenige Grad umfaßt, mit glatter Krümmung aneinander anschließen, wobei der Krümmungsradius, mit dem je eine absteigende Flanke 42 und eine ansteigende Flanke 41 zweier einander benachbarter, axial vorspringender "Kronenzacken" 39 der Kurvenrippe 38 in den Talbereichen 46 aneinander anschließen, etwas größer ist als der Kugelradius von Stützkugeln 47, über welche die Kolben 36 des Antriebsteils 19 des Rotors 18 an der Kurvenrippe 38 angreifen.
Diese Stützkugeln 47 sind in konkaven Lagerpfannen 48 der Kolben 36 frei drehbar gelagert und können sich daher an den rampenförmigen Laufflächen 41 und 42 der Kurvenrippe 38 abwälzen, wodurch Reibungsverluste sehr niedrig gehalten werden.
Die in azimutaler Richtung (φ -Richtung 43′) gesehen auf- und absteigende Stütz- bzw. Lauffläche 49 der Kurvenrippe 38 ist als flach-konkave Rille ausgebildet, wobei, nunmehr in der Schnittrichtung der Fig. 1 gesehen, der Krümmungsradius der Lauffläche 49 ebenfalls etwas größer ist als der Radius der Stützkugeln 47.
Die Kurvenrippe 38 ist beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel einstückig mit einem hülsenförmigen Gehäuseteil 51 des Motorgehäuses ausgeführt, innerhalb dessen die Motorwelle 16 mittels zweier axial gegeneinander verspannter Schrägkugellager 52 und 53 spielfrei gelagert ist. Der Lagerabschnitt 54 der Motorwelle 16, auf dem die Innenringe 56 und 57 der beiden Schrägkugellager 52 und 53 sitzen, ist durch einen Mittelabschnitt 58, dessen Druchmesser etwas größer ist als derjenige des Lagerabschnittes 54 gegen den mit dem Antriebsteil 19 des Rotors dreh- und verschiebefest verbundenen Antriebsabschnitt 21 der Motorwelle 16 abgesetzt, dessen Durchmesser wiederum etwas geringer ist als derjenige des Mittelabschnittes und beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel gleich demjenigen des Lagerabschnittes 54 ist.
Die Innenringe 56 und 57 der beiden Schrägkugellager 52 und 53 sind zwischen der den Mittelabschnitt 58 gegen den Lagerabschnitt 54 der Motorwelle 16 absetzenden radialen Stufe 61 der Motorwelle 16 und einem Sprengring 62, der in eine Außennut 63 der Motorwelle 16 eingesetzt ist, axial verschiebefest gehalten, wobei die inneren Lagerringe 56 und 57 der beiden Schrägkugellager 52 und 53 mit ihren einander zugewandten ringförmigen Stirnflächen unmittelbar aneinander anliegen.
Die äußeren Lagerringe 64 und 66 der Schrägkugellager 52 und 53 sind, um diese gegeneinander verspannen zu können, in axialer Richtung etwas "schmäler" als die inneren Lagerringe 56 und 57, derart, daß zwischen den einander zugewandten Ringstirnflächen 67 bzw.68 ein Spalt 69 mit beim dargestellten Ausführungsbeispiel nur geringer axialer Spaltweite verbleibt, die aber ausreicht, um die Schrägkugellager gegeneinander verspannen zu können.
Der Außenring 64 des inneren Schrägkugellagers 52, dessen innerer Lagerring 56 an der radialen Stufe 61 der Motorwelle 16 abgstützt bzw. abstützbar ist, ist axial an einem radial nach außen weisenden Stützflansch 71 einer Gleitlagerbuchse 72 abgestützt, in deren zentraler Bohrung 73 die Motorwelle 16 mit ihrem Mittelabschnitt 58 zusätzlich drehbar gleitend gelagert ist. Diese Gleitlagerbuchse 72 ist mit ihrem radial nach außen weisenden Stützflansch 72 axial an einem radial nach innen weisenden Ringflansch 74 des für die Lagerung der Motorwelle 16 vorgesehenen Gehäuseteils 51 abgestützt, wobei an der dem Antriebsteil 19 zugewandten Innenseite dieses Ringflansches 74 des hülsenförmigen Gehäuseteils 51 die Kurvenrippe 38 angeordnet ist.
Die Gleitlagerbuchse 72 hat einen zylindermantelförmigen Zentrierfortsatz 76, der durch die mit der zentralen Achse 14 koaxial kreisrunde öffnung hindurchtritt, welche durch den radial nach innen weisenden Flansch 74 des hülsenförmigen Gehäuseteils 71 begrenzt ist.
Der Stützflansch 71 der Gleitlagerbuchse 72 hat in seinem radial äußeren Bereich 77 eine etwas größere - axiale - Dicke als in seinem zentralen Bereich 78. Dieser Dickenunterschied ist beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel so bemessen, daß die Ringfläche des dickeren, radial äußeren Bereiches 77, an welcher der äußere Lagerring 64 des inneren Schrägkugellagers 52 axial abstützbar ist, in der Ebene verläuft, in welcher auch die den Mittelabschnitt 58 gegen den Lagerabschnitt 54 der Motorwelle 16 absetzende radiale Stufe 61 derselben liegt, während diejenige Ebene, in welcher die lagerseitige Ringstirnfläche des zentralen Bereiches 78 der Gleitlagerbuchse 72 liegt, in einem kleinen axialen Abstand von dieser "innerhalb" des Bereiches des Mittelabschnittes 58 der Motorwelle 16 angeordnet ist.
Die axiale Verspannung der beiden Schrägkugellager 52 und 53 gegeneinander erfolgt mittels eines Spannringes 79, der lediglich an der in axialer Richtung gesehen äußeren, abtriebsseitigen Ringstirnfläche 81 des äußeren Lagerringes 66 des äußeren Schrägkugellagers 53 axial absützbar ist. Zur Einstellung der Spannkraft, mit der die beiden Schrägkugellager 52 und 53 zur spielfreien Lagerung der Welle 16 und mit dieser des Rotors 18 des Motors 10 gegeneinander verspannbar sind, sind - in axial symmetrischer Verteilung um die zentrale Längsachse 14 des Motors - axiale Spannschrauben 82 vorgesehen, die mittels eines Momenten-Schlüssels angezogen werden.
Die kreisrunde zentrale Öffnung 83 des Spannringes 79 ist mittels einer mit diesem fest verbundenen Dichtring 84 gegen den äußeren, sich an den Lagerabschnitt 54 der Motorwelle 16 anschließenden, freien Endabschnitt 86 der Motorwelle 16 - gleitend - abgedichtet, der als Abtriebswelle mit dem - nicht eigens dargestellten - rotierend oder gegebenenfalls nur schwenkend anzutreibenden Teil, z. B. einem Zahnrad oder einem Gelenkarm drehfest koppelbar ist.
Die Stopfen 31, welche jeweils die eine - im wesentlichen rotorfeste - axiale Begrenzung der Antriebsdruckräume 37 des Antriebsteils 19 des Rotors 18 bilden, haben, wie am besten der Fig. 1 a) entnehmbar, zentrale Durchgangsbohrungen 87, über welche die Zufuhr und Abfuhr von Durckmittel zu bzw. von den Antriebsdruckräumen 37 erfolgt, durch deren zweckgerecht gesteuerte Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung die die axial beweglichen Begrenzungen der Antriebsdruckräume 37 bildenden Kolben 36 axiale Verschiebungen erfahren, welche dadurch, daß die Kolben 36 über die Stützkugeln 47 an der Kurvenrippe 38 axial abgestützt sind, wobei die Stützkugeln 47 sich an der Lauffläche 49 der Kurvenrippe 38 abwälzen können, in rotatorische Bewegungen des Antriebsteils 19 des Rotors 18 und mit diesem der Motorwelle 16 umgesetzt werden.
Zur diesbezüglich bedarfsgerechten Steuerung der Druckbeaufschlagung bzw. -entlastung der Antriebsdruckräume 37 des Antriebsteils 19 sind eine die Rotationsbewegungen des Rotors 18 mit ausführende und insoweit selbst ein Element des Rotors 18 bildende erste Steuerscheibe 88 sowie eine zweite Steuerscheibe 89 vorgesehen, die das reglerseitige Abstützelement des insgesamt mit 91 bezeichneten Motorgehäuses bzw. Stators des Axialkolbenmotors 10 bildet.
Die rotorseitige, erste Steuerscheibe 88 ist mittels eines Mitnahmezapfens 92, (Fig. 2b), der fest mit dem trommelförmigen Antriebsteil 19 des Rotors 18 verbunden ist und in eine Mitnahmebohrung 93 der ersten Steuerscheibe 88 eingreift, drehfest mit dem Rotor 18 verbunden. Die erste Steuerscheibe 88 hat eine Zentrierbohrung 94, durch die der reglerseitige, freie Endabschnitt 23 der Motorwelle 16 als Zentrierstück hindruchtritt. Der lichte Durchmesser d_z der Zentrierbohrung 94 der Steuerscheibe 88 ist um eine positive Mindest-Toleranz von 0,02 mm größer als der Durchmesser d des reglerseitige Abschnittes 21 bzw. des freien Endabschnittes 23 der Motorwelle 16.
Die erste Steuerscheibe 88 ist mit axialen Steuerkanälen 96 versehen, deren Anzahl und Symmetrie der Anordnung derjenigen der Antriebsdruckräume 37 und Antriebskolben 36 des Antriebsteils 19 des Rotors 18 entspricht.
Diese Steuerkanäle 96 haben verbraucherseitig, das heißt an der den Stopfen 31 des Antriebsteils 19 zugewandten Seite der Steuerscheibe 88 Mündungsöffnungen 97, die mit den zentralen Achsen 26 der Durchgangsbohrungen 87 der Stopfen 31 koaxial angeordnet sind und denselben Durchmesser haben wie diese Durchgangsbohrungen 87.
Versorgungsseitig, das heißt an der der gehäusefesten, zweiten Steuerscheibe 89 zugewandten Seite haben die Steuerkanäle 96 Mündungsöffnungen 98, deren Durchmesser etwas kleiner ist als derjenige der verbraucherseitigen Mündungsöffnungen 97 und beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel der radialen lichten Weite w von in der Ansicht der Fig. 2a, auf deren Einzelheiten nunmehr ebenfalls verwiesen sei, nierenförmigen Steuernuten 99 der gehäusefesten, zweiten Steuerscheibe 89 entspricht, die an deren der ersten Steuerscheibe 88 zugewandten Seite angeordnet sind.
Die Steuerkanäle 96 der ersten Steuerscheibe 88 sind durch ineinander übergehende Bohrungsabschnitte unterschiedlichen Durchmessers realisiert, wobei die zentralen Achsen 101 der Bohrungsabschnitte 102, die den kleineren Durchmesser aufweisen, entlang eines Bohrungskreises 103 angeordnet sind, dessen Durchmesser etwas größer ist als derjenige des Bohrungskreises 27, entlang dessen die zentralen Achsen 26 der dem Durchmesser nach größeren Bobrungsabschnitte 106 der Steuerkanäle 97 der ersten Steuerscheibe 88 angeordnet sind, wobei der Durchmesser der kleineren Bohrungsabschnitte 102 an denjenigen der größeren Bohrungsabschnitte 106 der Steuerkanäle 96 derart angepaßt ist, daß die Bohrungsabschnitte 102 und 106 in der Darstellung der Fig. 2b gesehen, dieselbe äußere, durch den Kreis 107 repräsentierte Einhüllende haben, welche gleichzeitig auch die äußere Einhüllende der nierenförmigen Steuernuten 99 der gehäusefesten Steuerscheibe 89 ist. Demgemäß fällt auch die innere, durch den Kreis 108 repräsentierte Einhüllende der dem Durchmesser nach kleineren Bohrungsabschnitte 102 der Steuerkanäle 96 der ersten Steuerscheibe 88 mit der inneren Einhüllenden der nierenförmigen Steuernuten 99 der gehäusefesten, zweiten Steuerscheibe 89 zusammen.
Die verbraucherseitigen Mündungsöffnungen 97 der Steuerkanäle 96 der ersten Steuerscheibe 88 liegen innerhalb einer ebenen, gemäß der Darstellung der Fig. 1 und 1a) rechtwinklig zur zentralen Längsachse 14 des Axialkolbenmotors 10 verlaufenden Stirnfläche 109 einer flachen, ersten Ringrippe 111 der ersten Steuerscheibe 88.
Auch die versorgungsseitigen Mündungsöffnungen 98 der Steuerkanäle 96 der ersten Steuerscheibe 88 liegen innerhalb einer zu der Stirnfläche 109 der ersten Ringrippe 111 parallelen Stirnfläche 112 einer zweiten, zu der zweiten Steuerscheibe 89 hinweisenden, flachen Ringrippe 113 der ersten Steuerscheibe 88.
Des weiteren sind die öffnungsquerschnitte der nierenförmigen Steuernuten 99 innerhalb einer kreisringförmigen Stirnfläche 114 einer flachen, zu der ersten Steuerscheibe 88 hinweisenden Ringrippe 116 der - gehäusefesten - zweiten Steuerscheibe 89 angeordnet.
Die Außendurchmesser der einander zugewandten, flachen Ringrippen 113 und 116 der ersten Steuerscheibe 88 bzw. der zweiten Steuerscheibe 89 haben denselben Wert. Dasselbe gilt, beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel, bezüglich der Innendurchmesser dieser beiden Ringrippen 113 bzw. 116.
Wie am besten aus der Detaildarstellung der Fig. 1a erkennbar, sind die stufenkolbenförmigen Stopfen 31, welche die einseitigen - "rotorfesten" - axialen Begrenzungen der Antriebs druckräume 37 des Rotors 18 bilden, an ihrer der ersten Steuerscheibe 88 zugewandten Seite mit mit der zentralen Längsachse 26 ihrer Durchgangsbohrungen 87 koaxialen Ringrippen 117 versehen, die zu der Ring-Stirnfläche 109 der ihnen zugewandten ersten flachen Ringrippe 111 der ersten Steuerscheibe 88 parallele, ringförmige End-Stirnflächen 118 haben, mit denen sie, metallisch dichtend an der ringförmigen End-Stirnfläche 109 der ersten Steuerscheibe 88 - durch die elastische Vorspannung der gummielastischen Ringdichtungen 34 - in Anlage ghalten sind. Dadurch wird auch die erste Scheibe 88 - mit der Endstirnfläche 112 ihrer zweiten flachen Ringrippe 113 in metallisch dichtender Anlage mit der Endstirnfläche 114 der Ringrippe 116 der gehäusefesten, zweiten Steuerscheibe 89 gehalten.
Ebenso wie der Durchmesser d_z der Zentrierbohrung 94 der ersten Steuerscheibe 88 gegenüber dem Durchmesser d des reglerseitigen Abschnittes 21 der Motorwelle 16 sind auch die lichten Durchmesser d₁ und d₂ der Bohrungsstufen 24 und 28, in denen die zylindermantelförmige Kolbenstufe 32 und die ringflanschförmige Kolbenstufe 33 der Stopfen 31 angeordnet sind, gegenüber diesen mit positiven Toleranzen von mindestens 0,02 mm behaftet, das heißt dem Durchmesser nach etwas gröber als die genannten Stufen 32 bzw. 33 der Stopfen 31, so daß sowohl diese als auch die erste Steuerscheibe 88 genügend "Spiel" haben, um sich, jeweils metallisch dichtend, mit ihren Ringrippen 117 und 111 bzw. 113 und 116 aneinander anlegen zu können, wobei die Ringdichtungen 34 gleichsam als Pufferkörper wirken, welche "axiale" Fertigungstoleranzen der dichtend aneinander anliegenden Teile - der ersten Steuerscheibe 88 und der gehäusefesten Steuerscheibe 89 einerseits und der Stopfen 31 an der ersten Steuerscheibe 88 andererseits - ausgleichen zu können.
Im Prinzip könnte die erste Steuerscheibe 88 einstückig mit den die Antriebsdruckräume 37 des Antriebsteils 19 des Motors 10 begrenzenden Stopfen 31 ausgeführt sein, was jedoch herstellungstechnisch aufwendiger wäre als die anhand des speziellen Ausführungsbeispiels geschilderte Gestaltung der ersten Steuerscheibe 88 und der Stopfen 31 des Rotors 18. Ein bei dieser Gestaltung der Steuerscheibe 88 und der Stopfen 31 möglicher Leckölstrom, der über die Dichtfuge 119, entlang welcher die Stopfen 31 und die erste Steuerscheibe 88 mit den Ringflächen 118 bzw. 109 ihrer Ringrippen 117 bzw. 111 aneinander anliegen, in den den Rotor 18 umgebenden Leckölraum 121 übertreten kann, kann, eine hinreichende elastische Vorspannung der Pufferkörper 34 vorausgesetzt, ohne weiteres so niedrige gehalten werden, daß er nicht stört. Dieser Leckölraum ist in radialer Richtung durch ein rohrförmiges Gehäuseteil 122 begrenzt, das sich zwischen einem radialen Ringflansch 123 der gehäusefesten Steuerscheibe 89 und einem radialen Ringflansch 124 des hülsenförmigen Gehäuseteils 51 (Fig. 1) erstreckt und mit diesem durch Gehäusebefestigungsschrauben 126 fest verbunden ist. Das rohrförmige Gehäuseteil 122 ist mittels je einer Ringdichtung 127 bzw. 128, die in Außennuten der gehäusefesten Steuerscheibe 89 bzw. des hülsenförmigen Gehäuseteils 51 angesetzt sind, gegen diese Gehäuseteile abgedichtet.
Die Steuernuten 99 - 99a bis 99f -, die mit der am besten aus der Fig. 2a, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, ersichtlichen, bezüglich der zentralen Achse 14 des Axialkolbenmotors 10 6-zähligen, axialsymmetrischen Gruppierung angeordnet sind, sind, in Umfangsrichtung, das heißt in der durch den Pfeil 43˝ der Fig. 2 a) bzw. den Pfeil 43 der Fig. 3, auf deren diesbezügliche Einzelheiten ebenfalls ausdrücklich verwiesen sei, repräsentierten, azimutalen Richtung gesehen, über Anschlußkanäle 129 - 129a bis 129f - alternierend an den A-Steueranschluß 131 des Nachlauf-Regelventils 12 bzw. dessen B-Steueranschluß 132 angeschlossen, welche ihrerseits, je nach der Drehrichtung, mit der der Axialkolbenmotor 10 betrieben werden soll, alternativ an den Hochdruck-(P-)Anschluß 133 bzw. den Rücklauf-(T-)Anschluß 134 des Nachlauf-Regelventil 12 anschließbar sind, welche mit dem Hochdruck-Ausgang bzw. dem drucklosen Tank eines - der Einfachheit halber nicht dargestellten - Druckversorgungsaggregats verbunden sind.
Für das Nachlauf-Regelventil 12 sei eine Auslegung dahingehend angenommen, daß es, wenn der Schrittmotor 13, in Richtung des Pfeils 136 gesehen, in der dem Uhrzeigersinn entsprechenden Drehrichtung angesteuert wird, in seine Funktionsstellung I gelangt, in welcher der A-Steueranschluß 131 des Nachlauf-Regelventils 12 über dessen Durchflußpfad 137 mit dem Hochdruck-Anschluß 33 (P-Anschluß) und der B-Steueranschluß 132 über den Durchflußpfad 138 mit dem Rücklauf-Anschluß 134 des Nachlauf-Regelventils 12 verbunden ist.
Wird der Schrittmotor 13 im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, so gelangt hierdruch das Nachlauf-Regelventil 12 in dessen Funktionsstellung II, in welcher der B-Steueranschluß 132 des Nachlauf-Regelventils 12 über einen Durchfluß-Strömungspfad 139 mit dem Hochdruck-Anschluß 133 und der A-Steueranschluß 131 über einen Durchfluß-Strömungspfad 141 mit dem Rücklauf-Anschluß 134 des Nachlauf-Regelventils 12 verbunden sind.
In der dargestellten Grundstellung 0 des Nachlauf-Regelventils 12 sind seine beiden Steueranschlüsse 131 und 132 gegen die Versorgungsanschlüsse 133 und 134 abgesperrt.
Wenn das Nachlauf-Regelventil 12 in seine Funktionsstellung I gesteuert ist, so sind die in der Abwicklungsdarstellung der Fig. 3 mit 99a, 99c sowie 99e bezeichneten Steuernuten der gehäusegfesten Steuerscheibe 89 über den Durchflußpfad 137 des Nachlauf-Regelventils 12 mit dessen Hochdruck-Anschluß 133 verbunden, während die mit 99b, 99d sowie 99f bezeichneten Steuernuten über den Durchfluß-Ströämungspfad 138 des Nachlauf-Regelventils 12 mit dessen Rücklauf-Anschluß 134 verbunden sind.
Dadurch sind, ausgehend von der in der Fig. 3 dargestellten Postition des Rotors 18 innerhalb des Stators 91 des Axialkolbenmotors 10, die mit 37b, 37d und 37g bezeichneten Antriebsdruckräume, welche durch die entsprechend indizierten Kolben 36b, 36d und 36g axial beweglich begrenzt sind, welche sich - in der dargestellten Position des Rotors 18 - an den gleichsinnig "ansteigenden" Abschnitten 41a, 41b und 41c der Kurvenrippe 38 des Stators 91 des Axialkolbenmotors 10 axial abstützen, mit dem am A-Steueranschluß 131 des Nachlauf-Regelventils 12 anstehenden - hohen - Ausgangsdruck beaufschlagt, während diejenigen Antriebsdruckräume 37c, 37e sowie 37h, welche durch die Kolben 36c und 36f bzw. 36h axial beweglich begrenzt sind, welche sich an den gleichsinnig "geneigten" Abschnitten 42a bzw. 42b bzw. 42c der Kurvenrippe 38 abstützen, über den Durchflußpfad 138 des Nachlauf-Regelventils 12 zum drucklosen Tank des Druckversorgungsaggregats hin druckentlastet sind, wobei - in der dargestellten speziellen Postition des Rotors 18 - die beiden Antriebsdruckräume 37a und 37e, welche je durch die Kolben 36a und 36e axial beweglich begrenzt sind, sowohl gegen den Hochdruck-Versorgungsanschluß 133 als auch gegen den Rücklauf-Anschluß 133 des Nachlauf-Regelventils 12 abgesperrt sind.
Als Folge der Druckbeaufschlagung der Antriebsdruckräume 37b, 37d und 37g, die in der Funktionsstellung I des Nachlauf-Regelventils 12 mit dem Hochdruck-Ausgang des Druckversorgungsaggregats verbunden sind, wirken auf die diese Antriebsdruckräume beweglich begrenzenden Kolben 36b, 36d und 36g in Richtung deren zentralen Längsachsen 26 angreifende Kräfte, deren Betrag jeweils durch das Produkt P · F gegeben ist, wobei mit P das Ausgangsdruckniveau des Druckvewrsorgungsaggregats und mit F die wirksame Querschnittsfläche der Kolben 36a bis 36h des Rotors 18 bezeichnet ist.
Aus diesen, zu der Kurvenrippe 38 hin gerichteten, auf die Kolben 36b, 36d und 36g wirkenden Kräften resultieren in Richtung des Pfeils 142 gerichtete, auf das Revolvertrommelförmige Antriebsteil 19 wirkende Kräfte K φ, deren Betrag durch die Beziehung
K φ = P · F · tgα
gegeben ist, wobei mit α der "Steigungswinkel" bezeichnet ist, den die "ansteigenden" Abshcnitte 41a, 41b und 41c der Kurvenrippe 38 mit deren Basislinie 40 einschließen, welche, in der Umfangsrichtung der Kurvenrippe 38 gesehen, die Einhüllende der "Täler" 46 bildet, in denen die abfallenden Abschnitte 42a, 42b und 42c und die ansteigenden Abschnitte 41a, 41b und 41c der Kronenzacken 39a, 39b und 39c der Kurvenrippe 38 mit glatter Krümmung aneinander anschließen. Mit β sind in der Fig. 3 die - stumpfen - Winkel bezeichnet, mit denen die ansteigenden Abschnitte 41a, 41b und 41c in den zu dem Antriebsteil 19 des Rotors hinweisenden Spitzen 44 der Kronenzacken 39a, 39b und 39c mit glatter Krümmung an die abfallenden Abschnitte 42a, 42b bzw. 42c der Kurvenrippe 38 anschließen.
Durch die über die Kolben 36b, 36d und 36g auf das Antriebsteil 19 des Rotors 18 des Axialkolbenmotors 10 ausgeübten, auf das Antriebsteil 19 in Umfangsrichtung, das heißt in der azimutalen Richtung 43′ der Fig. 2c - in Richtung des Pfeils 136 der Fig. 1 gesehen im Uhrzeigersinn - ausgeübten Kräfte erfährt das Antriebsteil 19 des Rotors 18 des Axialkolbenmotors 10 eine rotatorische Bewegung im Uhrzeigersinn, die zu einer entsprechenden, rotatorischen Bewegung der Abtriebswelle 86 des Axialkolbenmotors 10 führt.
Ausgehend von der in der Fig. 3 dargestellten Position des Antriebsteils 19 des Rotors 18 und seiner Kolben 36a bis 36h, in welcher einer der Kolben - der Kolben 36a - seine mit maximalem Volumen des durch ihn begrenzten Antriebsdruckraumes 37a verknüpfte Totpunktstellung einnimmt und ein weiterer Kolben - der Kolben 36e - seine mit minimalem Volumen des durch ihn begrenzten Antriebsdruckraumes 37e verknüpfte - innere - Totpunktstellung einnimmt, führt die genannte Drehung bzw. Verrückung des Antriebsteils 19 in Richtung des Pfeils 142 der Fig. 3 zunächst dazu, daß der Kolben 36e, der sich in der inneren Totpunktstellung befunden hatte, in den Anstiegsbereich 41b des gemäß Fig. 3 "mittleren" Zackens 39b der Kurvenrippe 38 gelangt, wobei gleichzeitig, das heißt sobald der Kolben aus der inneren Totpunktstellung ausrückt, der durch diesen Kolben 36e begrenzte Antriebsdruckraum 37e über den ihm zugeordneten Steuerkanal 96e der Steuerscheibe 88 des Rotors 18 und über den Durchgangskanal 87e des den Antriebsdruckraum 37e axial begrenzenden Stopfens 31e in kommunizierende Verbindung mit der Steuernut 99c gelangt, die an den A-Steueranschluß 131 des Nachlauf-Regelventils 12 angeschlossen ist und demgemäß in dem betrachteten Funktionsbeispiel unter dem hohen Ausgangsdruck des Nachlauf-Regelventils steht. Gleichzeitig rückt der zuvor in seiner äußeren Totpunktstellung befindliche Kolben 36a aus dieser Stellung aus und gelangt in axiale Abstützung mit dem abfallenden Bereich 42c der Zacke 39c der Kurvenrippe 38, wobei der durch diesen Kolben 36a beweglich begrenzte Antriebsdruckraum 37a über den zugeordneten Steuerkanal 96h der Steuerscheibe 88 des Rotors 18 und den Durchgangskanal 87h des Abschluß-Stopfens 31a dieses Antriebs-Druckraumes 37a in kommunizierende Verbindung mit der an den B-Steueranschluß 132 des Nachlauf-Regelventils 12 angeschlossenen Steuernut 99f der gehäusefesten Steuerscheibe 89 gelangt und dadurch druckentlastet wird. Sobald der gemäß der Darstellung der Fig. 3 mittlere Kolben 36e druckbeaufschlagt ist, sind zunächst vier Kolben, nämlich die Kolben 36b, 36d, 36e und 36g an der Drehmoment-Entfaltung beteiligt, bis der nächste Kolben, beim gewählten Erläuterungsbeispiel der Kolben 36d in dem Tal 46 zwischen den Rippenabschnitten 42a und 41b seinen äußeren Totpunkt erreicht, und, sobald dies der Fall ist, gegen die Steuernut 99c der gehäusefesten Steuerscheibe 89 abgesperrt wird, usw.
Die in Richtung des Pfeils 43" der Fig. 2a bzw. in Richtung des Pfeils 43 der Fig. 3 gemessene azimutale Breite φ _b der Querstege 143 der Ringrippe 116 der gehäusefesten, zweiten Steuerscheibe 116, welche, in Umfangsrichtung gesehen, je zwei einander benachbarte Steuernuten 99 gegeneinander abgrenzen und die öffnungsquerschnitte der Steuerkanäle 96, mit denen diese in Überlappung mit den lichten Querschnittsflächen der Steuernuten gelangen können, sind derart aneinander angepaßt, daß die Antriebsdruckräume - gemäß der Darstellung der Fig. 3 die Antriebsdruckräume 37a und 37c, die durch diejenigen Kolben - 36a bzw. 36e - begrenzt sind, die sich gerade in ihren äußeren oder inneren Totpunktstellungen befinden, sowohl gegen die an den A-Steueranschluß 131 des Nachlauf-Regelventils angeschlossenen Steuernuten 99a bzw. 99c als auch gegen die an den B-Steueranschluß 132 angeschlossenen Steuernuten 99b bzw. 99d abgesperrt sind, nach einer kleinen Verrückung aus den genannten Totpunkt-Stellungen heraus jedoch in kommunizierende Verbindung mit den nächsten, in Drehrichtung folgenden Steuernuten 99f bzw. 99c gelangen.
Um einen möglichst erschütterungsfreien Betrieb des Axialkolbenmotors 10 zu erzielen, ist der Krümmungsradius, mit dem ansteigende Abschnitte 41 und abfallende Abschnitte 42 der Kurvenrippe 38 aneinander anschließen, etwas größer als der Radius der Kolben-Stützkugeln 47, die sich an der Lauffläche der Kurvenrippe 38 abwälzen können, wobei die Stützkugeln 47 in den Lagerpfannen 48 der Kolben 36 gleitend gelagert sind. In die Lagerfannen 48 der Kolben 36 münden durchgehende, axiale Kolbenbohrungen 144, über die Druckmittel zur Schmierung der Stützkugeln in die Lagerpfannen 48 gepreßt wird. Im Betrieb des Axialkobenmotors 10 in geringen Mengen stets aus den Lagerpfannen 48 austretendes Druckmittel, das in den Leckölraum 121 übertritt wird auch zur Schmierung der Motorwelle 16 und zur Schmierung der Schrägkugellager 52 und 53 ausgenutzt. Damit ein hierfür ausreichender ölstrom von dem Leckölraum 121 zu den Schrägkugellagern 52 und 53 gelangen kann, ist der Lagerabschnitt 54 der Motorwelle 16, mit dem diese in der Gleitlagerbuchse 72 gleitend gelagert ist, mit in der Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Schmiernuten 146 versehen.
Wird der Schrittmotor 13, in Richtung des Pfeils 136 gesehen, im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, so gelangt das Nachlauf-Regelventil 12 in dessen Funktionsstellung II, mit welcher die Drehrichtung des Axialkolbenmotors 10 im Gegenuhrzeigersinn verknüpft ist.
Zu einer rohen Abschätzung der Nutzleistung und des Drehmoments, die mit dem Axialkolbenmotor 10 erreichbar sind, seien die folgenden Annahmen gemacht:
Querschnittsfläche der Kolben 36: 1,5 cm²
Kolbenhub: 1,5 cm
Betriebsdruck: 100 bar
Mit diesen Daten ergibt sich pro Kolbenhub ein Schluckvolumen von 2,25 cm³. Da jeder Kolben pro Umdrehung drei Hübe ausführt, beträgt das Schluckvolumen eines Kolben pro Umdrehung des Motors somit 6,75 cm³.
Da acht Kolben 36 vorhanden sind, ergibt sich für das Schluckvolumen V_th pro Umdrehung ein Wert von 54 cm³.
Mit diesen Werten ergibt sich zunächst für das mit dem Axialkolbenmotor 10 erreichbare Drehmoment M, das durch die Beziehung: $M = \frac{{p · V}_{th}}{2π} {· η}_{mh}$

gegeben ist, ein Wert von 77 Nm, wobei mit Δ p die im wesentlichen dem Betriebsdruck entsprechende Druckdifferenz zwischen den Steueranschlüssen 131 und 132 des Nachlauf-Regelventils 12 und mit η_mh der mechanisch-hydraulische Wirkungsgrad des Axialkolbenmotors 10 bezeichnet sind, für den ein Wert von 0,9 angenommen sei.
Für die Nutzleitstung P_n, welche durch die Beziehung $P_{n} {= Q}_{e} {· Δ}_{p} {· η}_{t}$

gegeben ist, wobei in dieser Beziehung mit Q_e der effektive Schluckstrom des Motors und mit η_t der Gesamtwirkungsgrad des Axialkolbenmotors 10 bezeichnet sind, der einen typischen Wert von 0,85 haben möge, ergibt sich mit den weiteren vorgenannten Annahmen ein Wert von 15,3 kW, wenn zur Berechnung des effektiven Schluckstromes davon ausgegangen wird, daß der Motor mit 2000 U/min betrieben wird.
Die Regelung der Drehzahl des Axialkolbenmotors 10 und damit auch seiner Leistung erfolgt durch Regelung des Schluckvolumens Q_e mittels des Nachlauf-Regelventils 12, das nach Aufbau und Funktion, für sich gesehen, als bekannt vorausgesetzt werden kann. Das in der Fig. 1 dargestellte Nachlauf-Regelventil 12 ist z. B. in der DE 37 29 564 A1 im Detail beschrieben, worauf insoweit ausdrücklich Bezug genommen sei.
Ein derartiges Nachlauf-Regelventil arbeitet mit elektrisch gesteuerter Sollwert-Vorgabe des Drehwinkels φ des Rotors 18 und mechanischer Rückmeldung dieses Drehwinkels, wobei in Proportionalität zu dem Nachlauffehler und gleichsinnig mit diesem der öffnungsquerschnitt der jeweils in den alternativen Drehrichtungen - Uhrzeigersinn bzw. Gegenuhrzeigersinn - des Axialkolbenmotors 10 ausgenutzten Druchfluß-Strömungspfade 137 und 138 bzw. 139 und 141 variiert, das heißt mit zunehmendem Nachlauffehler vergröbert und mit abnebmenden Nachlauffehler reduziert wird.
Beim dargestellten, speziellen Ausführungsbeispiel ist das Nachlauf-Regelventil 12 als 4/3-Wege-Schieberventil ausgebildet, das bei Gleichheit von Soll- und Istwert des Rotor-Drehwinkels seine Grundstellung 0 einnimmt, in welcher die Steueranschlüsse 131 und 132 gegen die Versorgungsanschlüsse 133 und 134 des Nachlauf-Regelventils 12 abgesperrt sind. Dem stationären Betrieb des Motors 10 - konstante Drehzahl - entspricht ein mit einem definierten Strömungswiderstand verknüpfter Durchlaßzustand (I oder II) des Nachlauf-Regelventils 12.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Antriebseinheit 11 ist durch deren zentrale Achse 14 gleichzeitig die Drehachse der Abtriebswelle 17 des Schrittmotors 13 und des Axialkolbenmotors 10 sowie einer (Drehwinkel-)Sollwert-Vorgabespindel 147 und einer Istwert-Rückmeldespindel 148 markiert.
Die Sollwert-Vorgabespindel 147 ist als Hohlspindel mit Innengewinde ausgebildet, die drehfest mit der Abtriebswelle 17 des Schrittmotors 13 verbunden, gegenüber dieser jedoch axial hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Die Abtriebswelle des Schrittmotors 17 ist hierzu mit einer äußeren Axialverzahnung versehen, mit der eine axiale Innenverzahnung des Spindelendes kämmt. Die Rückmeldespindel 148 ist drehfest und verschiebefest mit der Motorwelle 16 verbunden und steht mit einem Außengewinde in kämmendem Eingriff mit dem Innengewinde der Sollwert-Vorgabespindel 147.
Der insgesamt mit 149 bezeichnete Schieber des Nachlauf-Regelventils 12 umfaßt insgesamt vier Ventilkörper 151 bis 154, durch deren gemeinsame Verschiebung in Richtung des Pfeils 156, gemäß Fig. 1 nach links, das Nachlauf-Regelventil in seine Funktionsstellung I gelangt und durch deren gemeinsame Verschiebung in der entgegengesetzten, durch den Pfeil 157 repräsentierten Richtung das Nachlauf-Regelventil 12 in seine Funktionsstellung 11 gelangt, wobei in beiden Fällen mit zunehmender Verschiebung aus der der Grundstellung 0 entsprechenden Sperrstellung des Nachlauf-Regelventils 12 heraus die Durchfluß-Querschnitte der Strömungspfade 137 und 138 bzw. 139 und 141 stetig zunehmen, wie bereits erwähnt.
Die Ventilkörper 151 bis 154 sind paarweise zwischen Anschlagringen 158 und 159 eingespannt, durch welche die Sollwert-Vorgabespindel axial hindurchtritt, wobei Axial-Kugellager 161 und 162, die zwischen je einem der Anschlagringe 158 bzw. 159 und einem radialen Endflansch 163 bzw. 164 der Sollwert-Vorgabespindel 147 angeordnet sind, rotatorische Relativbewegungen derselben gegenüber den Anschlagringen 158 und 159 ermöglichen, derart, daß diese zwar - axiale - Verschiebebewegungen der Sollwert-Vorgabespindel 147 mit ausführen, sich dabei aber nicht mitdrehen, sondern drehfest an den Ventilkörpern 151 bis 154 abgestützt bleiben.
Das insoweit seinem prinzipiellen Aufbau nach zusammenfassend erläuterte Nachlauf-Regelventil 12 arbeitet im Rahmen der hydraulischen Antriebseinheit 11 wie folgt:
Wird der Schrittmotor 13 mit einer z. B. einem ersten Ausgang 166 einer elektronischen Steuereinheit 167 abgegebenen Folge von Steuerimpulsen im Uhrzeigersinn angetrieben, wobei sich die Sollwert-Vorgabespindel 147 mitdreht, so führt dies, wegen des Gewinde-Eingriffes zwischen Sollwert-Vorgabespindel 147 und Istwert-Rückmeldespindel 148, die zunächst noch "stehen bleibt", zu einer axialen Verschiebung der Sollwert-Vorgabespindel 147 und mit dieser des Ventilschiebers 149 in Richtung des Pfeils 156 - nach links, das heißt in die Funktionsstellung I des Nachlauf-Regelventils 12. Durch die hieraus resultierende Druckbeaufschlagung der Antriebsdruckräume 37b, 37d und 37g und Druckentlastung der Antriebsdruckräume 37c, 37f und 37h des Rotors 18 (Fig. 3) des Axialkolbens 10 wird auch dieser im Uhrzeigersinn angetrieben, wobei die Rückmeldespindel 148 diese Drehbewegung mit ausführt. Durch diese Drehbewegung der Rückmeldespindel 148 wird - durch deren Gewindeeingriff mit den Innengewinde der Sollwert-Vorgabespindel 147 - formschlüssig eine in Richtung des Pfeils 157 wirkende Rückstellkraft ausgeübt. Im stationären Zustand, in dem sich der Rotor 18 des Axialkolbenmotors 10 und die Abtriebswelle 17 des Schrittmotors 13 "gleich schnell" drehen, bleibt der Ventilkörper 159 des Nachlauf-Regelventils 12 in einer Position "stehen", die einem bestimmten, mit der vorgegebenen Motordrehzahl verknüpften Wert des effektiven Schluckvolumens des Axialkolbenmotors 10 und damit auch einer bestimmten Nutzleistung desselben entspricht.
Dasselbe gilt sinngemäß für den Fall, daß der Schrittmotor 13 durch eine z. B. am zweiten Ausgang 168 der elektronischen Steuereinheit 167 abgebenen Folge von Steuerimpulsen im Gegenuhrzeigersinn angetrieben wird, wodurch das Nachlauf-Regelventil 11 in seine Funktionsstellung II gesteuert wird, in welcher der Axialkolbenmotor 10 im Gegenuhrzeigersinn dreht.
Anstelle eines als Schrittmotor ausgebildeten Elektromotors, der eine gleichsam "digitale" Vorgabe der Drehzahl des Axialkolbenmotors 10 ermöglicht, kann auch ein pegelgesteuerter Elektromotor, z. B. ein Gleichstrommotor verwendet werden, insbesondere dann, wenn es in erster Linie darauf ankommt, daß der Axialkolbenmotor 10 mit einer bestimmten Mindest-Nutzleistung - kontinuierlich - angetrieben wird und dabei die "genaue" Anzahl der Umdrehungen des Rotors 18 unbeachtlich ist.
Des weiteren versteht es sich, daß ein den Erfindungsgedanken unterfallender Axialkolbenmotor 10 auch mit anderer Anzahl von Antriebskolben 36 und Steuernuten 99, z. B. sieben Kolben und sechs Steuernuten realisiert werden kann.
Soweit in einzelnen Zeichnungsfiguren Bezugszeichen angegeben sind, die im zugehörigen Beschreibungstext nicht erwähnt sind, soll hierdurch jeweils der Verweis auf diejenigen Beschreibungsteile gegeben sein, in denen die mit diesen Bezugszeichen belegten Begriffe definiert sind.

Claims

Hydraulischer Axialkolbenmotor als rotatorischer Antriebsmotor für Werkzeuge oder Positionierungs- bzw. Vorschubantriebe an Werkzeug- oder Bearbeitungsmaschinen, mit einem in einem Gehäuse drehbar gelagerten mit der Antriebswelle des Motors dreh- und verschiebefest verbundenen, axial spielfrei gelagerten, Rotor, der in axialsymmetrischer Verteilung um die Drehachse Bohrungen aufweist, in denen je ein Kolben in axialer Richtungparallel zur Drehachse - druckdicht verschiebbar geführt ist, der die axial-bewegliche Begrenzung eines Antriebsdruckraumes bildet, durch dessen steuerbare Beaufschlagung mit dem Ausgangsdruck eines Druckversorgungsaggregates der Kolben in Anlage mit einer gehäusefest angeordneten, mit der Drehachse konzentrischen Kurvenbahn drängbar ist, die, ebenfalls in einer bezüglich der Drehachse axialsymmetrischen Gruppierung, jedoch in geringerer Multiplizität als derjenigen der Bohrungen des Motors zu diesem hinweisende Vorsprünge und zwischen diesen angeordnete Senken hat, die, mit glatter Krümmung aneinander anschließend, eine Abwälzfläche für Stützkugeln bilden, die an den freien Enden der Kolben frei drehbar gelagert sind, wobei die Druckmittelzufuhr und -abfuhr zu bzw. aus den Antriebsdruckräumen des Rotors über rotorseitige, an einer mit dem Rotor drehfest verbundenen Steuerscheibe angeordnete Steuerkanäle und mit diesen abwechselnd in kommunizierende Verbindung gelangende, gehäuseseitige Steuerräume erfolgt, die in einer der Axial-Symmetrie der Kurvenbahn entsprechenden Symmetrie in azimutal äquidistanter Verteilung um die zentrale Achse des Axialkolbenmotors gruppiert sind und, in Drehrichtung gesehen, alternierend an den Betriebsdruckausgang bzw. den Tank des Druckversorgungsaggregats anschließbar sind, wobei die Steuerkanäle an einer Steuerscheibe angeordnet sind, die mit einer metallischen Dichtfläche, innerhalb derer die gehäuseseitigen Mündungsöffnungen ihrer Steuerkanäle liegen, an einer gehäuseseitigen Dichtfläche, innerhalb derer die Mündungsöffnungen der gehäuseseitigen Steuerräume liegen, gleitend und dichtend in Anlage gehalten ist, und, um gegenüber dem Rotor innerhalb eines kleinen Winkel- bzw. Axialverschiebebereiches taumelnde bzw. axial verrückende Ausgleichsbewegungen zu ermöglichen, über mit zentralen Durchgangsbohrungen versehene Abschlußelemente, die in die Bohrungen des Rotors eingesetzt sind und über diese Bohrungen gegen den den Rotor enthaltenden Gehäuseraum abdichtende, elastische, unter Vorspannung stehende Dichtungselemente axial am Rotor abgestützt sind, sowie mit einer metallischen Dichtfläche ihrerseits dichtend an der Steuerscheibe anliegen, elastisch nachgiebig am Rotor abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Borungen (24,28), in denen die Kolben (36) druckdicht verschiebbar geführt sind, als gestufte Bohrungen ausgebildet sind, deren Bohrungsstufen (24,28) durch eine Ringschulter (29) gegeneinander abgesetzt sind, daß die Abschlußteile (31) als in die Stufenbohrungen (24,28) eingesetzte, mit den zentralen Durchgangsbohrungen (87) versehene stufenkolbenförmige Stopfen mit einer zylindermantelförmigen kleineren Stufe (32) und einer flanschförmigen Stufe (33) größeren Durchmessers ausgebildet sind, wobei die flanschförmige Stufe (33) in der größeren, zur Steuerscheibe (88) hin weisenden Bohrungsstufe (28) angeordnet ist und einen Durchmesser hat, der geringfügig kleiner ist, als der Durchmesser d₂ der größeren Bohrungsstufe (28), und daß die unter elastischer Vorspannung stehenden Dichtungselemente als 0-Ringe (34) ausgebildet sind, die zwischen der ringflanschförmigen Stufe (33) der Stopfen (31) und der die Bohrungsstufen (28 und 24) gegeneinander absetzenden Ringschulter (29) angeordnet sind und die Stopfen (31) zentrieren.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser d₂ der größeren Bohrungsstufen (28) um mindestens 2/100 mm größer ist als der Durchmesser der ringflanschförmigen Stufe (33) der Stopfen (31), und daß der Außendurchmesser der mantelförmigen Stufe (32) der Stopfen (31) um mindestens 2/100 mm kleiner ist als der Durchmesser d₁ der kleineren Bohrungsstufe (24).
Axialkolbenmotor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Endstirnflächen der Stopfen (31) in einem kleinen axialen Abstand (e) von der die Bohrungsstufen (24 und 28) gegeneinander absetzenden Ringschulter (29) angeordnet sind.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die steuerscheibenseitigen Dichtflächen (118) der Stopfen (31) durch die End-Stirnflächen von Ringrippen (117) gebildet sind, welche die steuerscheibenseitigen Mündungsöffnungen der Durchgangsbohrungen (87) der Stopfen (31) umgeben.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche, innerhalb derer die den Stopfen (31) des Rotors (18, 19) zugewandten Mündungsöffnungen der Steuerkanäle (96) der Steuerscheibe (88) angeordnet sind, durch die freie Endstirnfläche (109) einer flachen Ringrippe (111) der Steuerscheibe (88) gebildet ist.
Axialkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (112) mit der die Steuerscheibe (88) gleitend an der gehäusefesten Dichtfläche (114), innerhalb derer die Querschnitte der Steuerräume (99) münden, anliegt und/oder die gehäusefeste Dichtfläche (114) durch die Endstirnfläche (112 bzw. 114) je einer flachen Ringrippe (113 bzw. 116) der Steuerscheibe (88) bzw. des die Steuerräume (99) gehäusefest begrenzenden Gehäuseteils (89) gebildet sind.
Axialkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das die Steuerräume (99) gehäusefest begrenzende Gehäuseteil (89) seinerseits als ringscheibenförmiges Gehäuseabschlußteil des Motorgehäuses (919) ausgebildet ist.
Axialkolbenmotor nach einem der vorgergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur spielfreien Lagerung des Rotors (18) des Axialkolbenmotors (10) zwei axial gegeneinander verspannte Schrägwälzlager (52 und 53) vorgesehen sind.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerabschnitt (54) der Motorwelle (16), an dem die Schrägwälzlager (52 und 53) angeordnet sind, zwischen dem als Abtriebswelle aus dem Gehäuse (91) austretenden Endabschnitt (86) der Motorwelle (16) und dem das Antriebsteil (19) des Rotors (18) tragenden Antriebsabschnitt (59) der Motorwelle (16) angeordnet ist.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schräg-Wälzlager (52 und 53) in einem hülsenförmigen Gehäuseteil (51) angeordnet sind, das an seiner dem Antriebsteil (19) des Rotors (18) zugewandten Seite einen radial nach innen weisen den Flansch (74) hat, von dem eine Kurvenrippe (38) ausgeht, die mit ihrer dem Antriebsteil (19) zugewandten axial vorspringenden und zurückweichenden Stirnfläche die Kurvenbahn bildet, an der die Kolben (36) des Rotors (18) axial abstützbar sind.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenförmige Gegäuseteil (71) mit einem radial nach innen weisenden Flansch (74) versehen ist, der einen Mittelabschnitt (58) der Motorwelle (16) in radialem Abstand umgibt, und daß in das hülsenförmige Gehäuseteil (71) eine Gleitlagerbuchse (72) eingesetzt ist, in der die Welle (16) mit ihrem Mittelabschnitt (58) gleitend gelagert ist.
Axialkolbenmotor nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der in der Gleitlagerbuchse (72) gelagerte Mittelabschnitt (58) der Motorwelle (16) mit Schmierrillen (146) versehen ist, über die aus dem das Antriebsteil (19) des Rotors (18) enthaltenden Leckölraum (121) Lecköl zur Schmierung auch in den die Schrägwalzlager (52 und 53) enthaltenden Gehäuseraum übertreten kann.
Axialkolbenmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die an der Kurvenbahn abwälzbaren Stützkugeln (47) der Kolben (36) des Rotors (18, 19) in Pfannen (48) gelagert sind, in welche mit den Antriebsdruckräumen (37) kommunizierende Durchgangsbohrungen der Kolben (36) münden.
Hydraulische Antriebseinheit unter Verwendung eines Axialkolbenmotors gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13 mit einem zur Bewegungssteuerung des Axialkolbenmotors vorgesehenen Nachlauf-Regelventil, das mit elektrisch gesteuerter Drehwinkel-Sollwert-Vorgabe und mechanischer Drehwinkel-Istwert-Rückmeldung arbeitet, wobei für die Sollwert-Vorgabe eine mittels eines elektrischen Steuermotors antreibbare axial verschiebbare Spindel und zur Istwert-Rückmeldung eine mit der Motorwelle drehfest und verschiebefest verbundene Rückmeldespindel vorgesehen ist, die über Innen- und Außengewinde in kämmendem Eingriff miteinander stehen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (17) des zur Sollwertvorgabe vorgesehenen Elektromotors (13), die mit diesem antreibbare Spindel (147), die Rückmeldespindel (148) und die Motorwelle (16) des Axialkolbenmotors (10) koaxial entlang der zentralen Längsachse (14) des Axialkolbenmotors (10) angeordnet sind.