EP2118485A1 - Hydraulische kolbenmaschine - Google Patents
Hydraulische kolbenmaschineInfo
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- EP2118485A1 EP2118485A1 EP07819432A EP07819432A EP2118485A1 EP 2118485 A1 EP2118485 A1 EP 2118485A1 EP 07819432 A EP07819432 A EP 07819432A EP 07819432 A EP07819432 A EP 07819432A EP 2118485 A1 EP2118485 A1 EP 2118485A1
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- EP
- European Patent Office
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- piston
- tension spring
- hydraulic piston
- pistons
- inserts
- Prior art date
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- Withdrawn
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Classifications
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- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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-
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- F04B1/16—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having two or more sets of cylinders or pistons
Definitions
- the invention relates to a hydraulic piston engine according to the preamble of patent claim 1.
- a double swashplate machine in which a plurality of pistons are received in a stationary drum, which are each guided in pairs in opposite directions in the drum and define a common working space.
- the axial displacement of the counter-rotating piston via two arranged on both sides of the drum swash plates, which are rotatably connected to a drive shaft.
- Each piston is supported via a sliding bore provided with a sliding block on its associated swash plate, wherein the pistons are penetrated by a capillary, is guided over the pressure medium to the sliding surface of the sliding shoe, so that it is hydrostatically supported.
- the pistons are each biased against the helical or swash plate via spring biased return plates engaging the sliding shoes, so that the sliding shoes do not lift off the associated swash plate during the suction stroke.
- the supply of pressure medium to the working chambers takes place in each case by a suction chamber which is accommodated in working space-side end sections of the pistons and which delimits in each case a pressure chamber which is connected to suction connections of the axial piston machine via oblique bores introduced into the piston base.
- pressure valves are provided between the working space and a pressure connection arranged radially or axially in the piston drum.
- a disadvantage of such reciprocating engines is that the pistons have a relatively large dead volume, which can lead to a deteriorated volumetric efficiency and considerable noise level of the axial piston engine.
- Another disadvantage is that such piston machines due to the spring-biased retraction plates ferti- technically extremely expensive. The spring-biased retraction plates are required to bias the shoes against the swash plates and prevent them from lifting off the swash plates during a suction stroke of the pistons.
- the invention has for its object to provide a hydraulic piston engine in which the hydraulic losses are minimized with minimal device complexity.
- the piston engine according to the invention has at least one inclined or swash plate, on which a plurality of pistons are supported, which are each biased via a sliding shoe against the oblique or swash plate.
- the pistons are biased against the oblique or swash plate by the force of at least one tensioning spring guided in sections within the pistons, wherein one end portion of the tension spring is supported on at least one contact shoulder of a piston insert arranged in the piston and surrounds the latter at least in sections.
- spring-tensioned return plates can be used to pre-stress the sliding shoes. conditions the oblique or swash plate are omitted.
- the piston inserts reduce each of the piston interior of the piston and fill the interior of the tension spring at least in sections, so that the dead volume is minimized.
- the piston engine has in an embodiment according to the invention in opposite directions movable, a common working space limiting piston, which are biased via at least one common tension spring each with a shoe against a helical or swash plate, wherein the end portions of the tension spring are each supported on a contact shoulder of a piston insert of the piston ,
- the piston engine is designed as a double swashplate machine or double-inclined piston machine, which can advantageously be operated in both directions of rotation.
- the abutment shoulder is in each case formed on a radial collar of the piston insert which has a support shoulder opposite the abutment shoulder on which an end section of a respective second tension spring is supported with respect to the first tension spring reduced spring constant.
- the centrally located tension spring with the larger spring constant is effective for a first partial stroke of the pistons, preferably in the range of about 30 to 50% of the total stroke length, and then substantially relaxed.
- the two outer springs with reduced spring constant center each of the piston inserts and bias the piston in the area of the outer dead center with relatively little force against the inclined or swash plate.
- the weaker spring is preferably effective only from a stroke length of 30 to 50% of the total stroke.
- the radial collar of the piston insert can be brought in an embodiment of the invention by the force of the middle tension spring with a larger spring constant with a stop of the piston in abutment.
- the stop of the piston is preferably formed by a radially enlarged portion of the inner wall of the piston as a stop shoulder.
- the weight of the piston engine can be reduced if at least the piston inserts, the pistons and / or the sliding shoes made of wear-resistant plastic, such as carbon fiber reinforced plastic, are made. Due to the mass inertia reduced by the weight optimization, the efficiency of the piston engine is improved. In a partially hollow-bored metallic piston, the plastic inserts reduce the dead volume without the weight being as large as a solid piston or less deeply drilled piston.
- the plastic components of the piston engine are produced by injection molding.
- the mechanical reworking of the components is reduced to a minimum or can be omitted, so that a cost-effective production of the piston machine is made possible.
- the piston inserts arranged in the oppositely displaceable pistons overlap at least in sections and are axially displaceable one inside the other. It has proved particularly advantageous in this case if the piston inserts have slidably guided support projections (support legs), which form a substantially cylindrical, tension spring. complementing common support section. That is, the piston inserts lead in a double pump, the tension springs along their entire length, the tension spring is guided by the Axialverschiebles the piston inserts over the entire stroke length of the piston.
- the piston inserts extend in sections in the working space, so that the tension spring is supported in this area by the piston inserts and prevent buckling of the tension spring.
- the support projections preferably each have a substantially circular section-shaped (circular sector-shaped) cross section.
- the piston inserts are each provided with three support projections offset by approximately 120 ° from one another.
- the abutment shoulders are preferably formed in the region of the support projections.
- the piston inserts preferably have at least one recess, in particular a through hole, which opens on the one hand in the working space and on the other hand in a sliding surface of the sliding block and forms a pressure medium connection.
- About the recess pressure medium is guided to the sliding surface of the shoe, so that it is hydrostatically supported on the oblique or swash plate.
- FIG. 1 shows a partial view of a piston machine designed as a double swash-plate pump according to a first embodiment of the invention
- Figure 2 is a detail view of a piston insert of Figure 1;
- Figure 3 is a plan view of the piston insert of Figure 2;
- Figure 4 is a longitudinal section of the piston insert of Figure 2 and
- FIG. 5 shows a partial view of a piston machine designed as a double swash-plate pump according to a further exemplary embodiment of the invention.
- FIG. 1 shows a partial representation of a piston machine designed as a double swash-plate pump 1.
- a pump 1 consists essentially of a arranged in a housing, not shown, piston drum 2, which is penetrated by a plurality of lying on a common pitch axis parallel cylinder bores 4, each in the end faces 6, 8 of the piston drum 2 open and two opposite directions accommodate movable pistons 10, 12 record.
- piston foot 14, 16 are spherical and each carry a shoe 18, 20.
- each piston 10, 12 has an approximately cylindrical piston skirt 26, 30, which merges via a constriction 32, 34 in the spherical piston 14, 16. This is in ball-joint-like engagement with the associated slide shoe 18, 20, which in turn rests with its sliding surface 36, 38 on an end face 40, 42 of the swash plate 22, 24.
- the pistons 10, 12 are biased against the swash plates 22, 24 by the force of a tension spring 44 in sections within the pistons 10, 12 so that the shoes 18, 20 do not lift off the associated swash plate 22, 24 during the suction stroke, with end portions 46, 48 of the tension spring 44 are supported on abutment shoulders 50, 52 of a piston insert 54, 56 respectively arranged in the pistons 10, 12 and engage around sections thereof.
- the piston inserts 54, 56 reduce the piston interior of the pistons 10, 12 and fill the interior of the tension spring 44, so that the dead volume is minimized and a significant improvement in efficiency and noise reduction is achieved. Due to the tension spring 44 can be dispensed with spring-biased return plates for biasing the shoes 18, 20 against the swash plates 22, 24.
- the piston inserts 54, 56 are provided with a pressure medium connection forming through hole 58, on the one hand in the working space 28 and on the other hand via a connecting hole 60, a funnel-shaped extension 62 of the piston 10, 12 and a capillary 63 of the slide shoe 18, 20 in the sliding surface 36, 38 of the slide shoe 18, 20 opens.
- the funnel-shaped enlargement 62 is required in order to ensure the pressure medium connection to the sliding surface 36, 38 even during a relative movement. Pivoting between shoe 18, 20 and piston 10, 12 maintain. Pressure medium is guided via the pressure medium connection to the sliding surface 36, 38 of the sliding shoe 18, 20, so that it is supported hydrostatically on the swash plate 22, 24.
- a special feature of the solution described is that at least the piston inserts 54, 56, the pistons 10, 12 and also the sliding shoes 18, 20 are made of wear-resistant plastic, for example carbon fiber reinforced PEEK or POM, so that the double tumbler disc pump 1 with minimal Weight and minimum moving masses is executed. Due to the mass inertia reduced by the weight optimization, the efficiency of the piston engine 1 is improved. In a piston machine with metallic piston can also be achieved due to the piston inserts made of plastic, a significant weight reduction. As a manufacturing technology, it has proven particularly advantageous if the plastic components of the piston engine 1 are produced by injection molding.
- the piston inserts 54, 56 arranged in the oppositely displaceable pistons 10, 12 can be axially displaced into one another in sections, so that the tension springs 44 are guided over the entire stroke length of the pistons 10, 12. It has proved to be particularly advantageous in this case if the piston inserts 54, 56 have slidably guided support projections 64, 66, 68 (see FIG. 2), which complement each other to form a substantially cylindrical support section 70 passing through the tension spring 44.
- the tension spring 44 is guided along an inner wall 72 of the piston skirt 26, 30 of the pistons 10, 12 and the support section 70 of the piston liners 54, 56. These extend into the working space 28, so that the tension spring 44 is also supported in this area by the piston inserts 54, 56 and buckling of the tension spring 44 is prevented.
- FIG. 2 which shows an individual view of the piston insert 54 from FIG. 1, these have a sectionally cylindrical foot part 74, which has a conical end section 76 adapted to the piston inner wall 72 (see FIG. 1).
- the piston insert 54 is provided in the illustrated embodiment working space side with three support projections 64, 66, 68, which complement according to Figure 1 with the support projections 64, 66, 68 of the opposite piston insert 56 to the substantially cylindrical support portion 70.
- the support projections 64, 66, 68 are each provided with an abutment shoulder 50 on which the tension spring 44 (see FIG. 1) is supported (the piston inserts 56 of the other side are constructed identically so that a separate description is omitted). That is, the piston inserts 54, 56 cover each other in sections, so that the tension spring 44 is supported over its entire length by the piston inserts 54, 56 and prevent buckling of the tension spring 44.
- FIG. 3 which shows a plan view of the piston insert 54 from FIG. 2, the support projections 64, 66, 68 in the exemplary embodiment shown are offset by approximately 120 ° with respect to one another and have an approximately circular cut-out (circular sector-shaped) cross section .
- the opening angle ⁇ of the support projections 64, 66, 68 is in this case chosen slightly smaller than the opening angle ß adjacent recesses 78, 80, 82, so that the piston inserts 54, 56 are slidably axially slidably into each other axially.
- the abutment shoulders 50 for the tension spring 44 are formed in the region of the support projections 64, 66, 68.
- the support projections 64, 66, 68 are each provided with an outer insertion bevel 84.
- FIG. 5 shows a partial view of a piston machine 1 designed as a double swash-plate pump according to a further inventive device Embodiment shown.
- This exemplary embodiment differs from the above-described exemplary embodiment essentially in that the abutment shoulders 50, 52 of the tension spring 44 are each formed on a radial collar 86 of the piston insert 88, 90, each having a support shoulder 92, 94 opposite the abutment shoulders 50, 52 in which one end section 96, 98 of a second tension spring 100 is supported with respect to the first tension spring 44 substantially reduced spring constant.
- the two tension springs 100 are arranged coaxially with the central tension spring 44 and engage in each case at the bottom of the pistons 10, 12.
- the radial collar 86 of the piston insert 88, 90 is in the illustrated region of the inner dead center of the pistons 10, 12 brought by the force of the tension spring 44 with a larger spring constant with a stop 102 of the piston 10, 12 in abutment.
- the stop 102 of the piston 10, 12 is formed by a radially enlarged portion of the inner wall 72 of the piston 10, 12 as a stop shoulder.
- the support portion 70 of the piston insert 88, 90 has a correspondingly larger outside diameter in the region of the stronger tension spring 44.
- the stop 102 is not absolutely necessary for the function of the piston engine 1 according to the invention.
- the centrally located tension spring 44 with a larger spring constant is effective for a first partial stroke of the pistons 10, 12 in the range of about 30 to 50% of the total stroke length and then relaxed.
- the tension springs 100 with reduced spring constant center each of the piston inserts 88, 90 and bias the pistons 10, 12 in the region of the outer dead center with relatively little force against the swash plates 22, 24.
- the weaker tension springs 100 are effective only from a stroke length of 30 to 50% of the total stroke with a relaxed tension spring 44.
- An advantage of this variant is that lifting of the pistons 10, 12 is prevented by the swash plates 22, 24 by the stronger tension spring 44, wherein the spring diameter due to the limited effective length of the tension spring 44 with large spring constant against a piston 10, 12 is biased over the entire stroke length strong spring is reduced.
- the piston inserts 88, 90 it is also possible to form the piston inserts 88, 90 such that they overlap each other in sections, so that the tension spring 44 is supported over its entire length by the piston inserts 88, 90 and prevent buckling of the tension spring 44.
- the piston engine 1 is not limited to the described embodiment, but the working machine 1 can be designed as a single disc or swash plate pump, wherein in the piston drum 2, only the piston 10 are guided axially displaceable and on the sliding blocks 18 on the single swash or swash plate 22nd issue.
- the housing is subjected to compressive forces on one side, but the advantage is that the pump builds shorter in the axial direction.
- a hydraulic piston machine 1 with at least one inclined or swash plate 22, 24, on which a plurality of pistons 10, 12 are supported, which are each biased via a sliding block 18, 20 against the inclined or swash plate 22, 24.
- the pistons 10, 12 are prestressed against the helical or swash plate 22, 24 by the force of at least one tension spring 44, 100 guided in sections within the pistons 10, 12, wherein an end section 46, 48 of the tension spring 44 on at least one abutment shoulder 50, 52 of a piston 10, 12 arranged in the piston insert 54, 56, 88, 90 is supported and this at least partially surrounds.
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Abstract
Offenbart ist eine hydraulische Kolbenmaschine mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe, an der eine Vielzahl von Kolben abgestützt sind, die jeweils über einen Gleitschuh gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben geführten Spannfeder gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt, wobei ein Endabschnitt der Spannfeder an zumindest einer Anlageschulter eines in dem Kolben angeordneten Kolbeneinsatzes abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.
Description
Beschreibung
Hydraulische Kolbenmaschine
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 060 954 A1 ist beispielsweise eine Doppeltaumel- scheibenmaschine bekannt, bei der in einer feststehenden Trommel eine Vielzahl von Kolben aufgenommen sind, die jeweils paarweise gegenläufig in der Trommel geführt sind und einen gemeinsamen Arbeitsraum begrenzen. Die Axialverschiebung der gegenläufigen Kolben erfolgt über zwei beidseitig der Trommel angeordnete Taumelscheiben, die drehfest mit einer Antriebswelle verbunden sind. Jeder Kolben ist über einen mit einer Durchgangsbohrung versehenen Gleitschuh an der ihm zugeordneten Taumelscheibe abgestützt, wobei die Kolben von einem Kapillarrohr durchsetzt sind, über das Druckmittel zur Gleitfläche des Gleitschuhs geführt ist, so dass dieser hydrostatisch abgestützt wird. Bei dieser bekannten Lösung sind die Kolben über jeweils an den Gleitschuhen angreifende federvorgespannte Rückzugplatten gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt, so dass die Gleitschuhe während des Saughubs nicht von der zugeordneten Taumelscheibe abheben. Die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitsräumen erfolgt jeweils durch ein in arbeits- raumseitigen Endabschnitten der Kolben aufgenommenes Saugventil, das jeweils einen Druckraum begrenzt, der über in den Kolbenfuß eingebrachte Schrägbohrungen mit Sauganschlüssen der Axialkolbenmaschine verbunden ist. Zur Druckmittelabfuhr sind zwischen dem Arbeitsraum und einem Druck- anschluss radial oder axial in der Kolbentrommel angeordnete Druckventile vorgesehen. Nachteilig bei derartigen Kolbenmaschinen ist, dass die Kolben ein relativ großes Totvolumen aufweisen, das zu einem verschlechterten volumetrischen Wirkungsgrad und erheblichen Geräuschpegel der Axialkolbenmaschine führen kann. Des Weiteren nachteilig ist, dass derartige Kolbenmaschinen aufgrund der federvorgespannten Rückzugplatten ferti-
gungstechnisch äußerst aufwendig sind. Die federvorgespannten Rückzug- platten sind erforderlich, um die Gleitschuhe gegen die Taumelscheiben vorzuspannen und bei einem Saughub der Kolben ein Abheben von den Taumelscheiben zu verhindern.
Zur Verringerung des Totvolumens ist es aus der WO 96/01946 A1 bekannt, Kolbeneinsätze in den Kolben anzuordnen, die an ihrem Außenumfang mit einem schraubenförmig ausgebildeten Druckmittelkanal zur Druckmittelversorgung der Gleitschuhe versehen sind. Bei dieser bekannten Lösung erfolgt die Druckmittelzufuhr und Druckmittelabfuhr über als Schieber ausgeführte Saug- und Druckventile, deren Schieberhülsen an Außenumfang der Kolben im Zylinder oder in der Kolbentrommel geführt sind. Derartige Kolbenmaschinen sind aufgrund der federvorgespannten Rückzugplatten ebenfalls fertigungstechnisch aufwendig.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kolbenmaschine zu schaffen, bei der die hydraulischen Verluste bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand minimiert sind.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Kolbenmaschine mit den ■ Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine hat zumindest eine Schräg- oder Taumelscheibe, an der eine Vielzahl von Kolben abgestützt sind, die jeweils über einen Gleitschuh gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben durch die Kraft zumindest einer ab- schnittsweise innerhalb der Kolben geführten Spannfeder gegen die Schrägoder Taumelscheibe vorgespannt, wobei ein Endabschnitt der Spannfeder an zumindest einer Anlageschulter eines in dem Kolben angeordneten Kolbeneinsatzes abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift. Bei dieser Lösung kann aufgrund der innerhalb der Kolben geführten Spannfeder auf federvorgespannte Rückzugplatten zur Vorspannung der Gleitschuhe ge-
gen die Schräg- oder Taumelscheibe verzichtet werden. Die Kolbeneinsätze reduzieren jeweils den Kolbeninnenraum der Kolben und füllen den Innenraum der Spannfeder zumindest abschnittsweise aus, so dass das Totvolumen minimiert ist.
Die Kolbenmaschine hat bei einer erfindungsgemäßen Ausführung gegenläufig bewegbare, einen gemeinsamen Arbeitsraum begrenzende Kolben, die über zumindest eine gemeinsame Spannfeder jeweils mit einem Gleitschuh gegen eine Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind, wobei die Endabschnitte der Spannfeder jeweils an einer Anlageschulter eines Kolbeneinsatzes der Kolben abgestützt sind. Beispielsweise ist die Kolbenmaschine als Doppeltaumelscheibenmaschine oder Doppelschrägkolbenmaschine ausgebildet, die vorteilhafterweise in beide Drehrichtungen betrieben werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Anlageschulter je- weils an einem Radialbund des Kolbeneinsatzes ausgebildet, der eine der Anlageschulter gegenüberliegende Stützschulter aufweist, an der ein Endabschnitt jeweils einer zweiten Spannfeder mit gegenüber der ersten Spannfeder verringerter Federkonstante abgestützt ist. Die mittig angeordnete Spannfeder mit der größeren Federkonstante ist für einen ersten Teilhub der Kolben, vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge, wirksam und dann im Wesentlichen entspannt. Die beiden äußeren Spannfedern mit verringerter Federkonstante zentrieren jeweils die Kolbeneinsätze und spannen die Kolben im Bereich des äußeren Totpunkts mit verhältnismäßig geringer Kraft gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vor. Die gegen- über der mittleren Spannfeder geringere Kraft der äußeren Spannfedern ist ausreichend, da bei Erreichen des äußeren Totpunkts keine weitere Beschleunigung der Kolben erforderlich ist (v = 0 bei Erreichen des äußeren Totpunkts). Die schwächere Feder ist vorzugsweise erst ab einer Hublänge von 30 bis 50% des Gesamthubs wirksam. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, dass ein Abheben der Kolben von den Schräg- oder Taumelscheiben durch die
stärkere Spannfeder verhindert wird, wobei der Federdurchmesser aufgrund der begrenzten Wirklänge der Spannfeder mit großer Federkonstante gegenüber einer die Kolben über die gesamte Hublänge vorspannenden starken Feder verringert ist.
Der Radialbund des Kolbeneinsatzes ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch die Kraft der mittleren Spannfeder mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag des Kolbens in Anlage bringbar. Der Anschlag des Kolbens ist vorzugsweise durch einen radial erweiterten Bereich der Innenwandung des Kolbens als Anschlagschulter ausgebildet.
Das Gewicht der Kolbenmaschine lässt sich verringern, wenn zumindest die Kolbeneinsätze, die Kolben und/oder die Gleitschuhe aus verschleißfestem Kunststoff, beispielsweise kohlefaserverstärktem Kunststoff, hergestellt sind. Aufgrund der durch die Gewichtsoptimierung reduzierten Massenträgheit ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine verbessert. Bei einem abschnittsweise hohlgebohrten metallischen Kolben verringern die Kunststoffeinsätze das Totvolumen, ohne dass das Gewicht so groß ist, wie bei einem Vollkolben oder weniger tief gebohrten Kolben.
Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kunststoffbauteile der Kolbenmaschine durch Spritzgießen hergestellt sind. Dadurch ist die mechanische Nacharbeit der Bauteile auf ein Minimum reduziert oder kann entfallen, so dass eine kostengünstige Herstellung der Kolbenmaschine ermöglicht ist.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel überdecken sich die in den gegenläufig verschiebbaren Kolben angeordneten Kolbeneinsätze zumindest abschnittsweise und sind ineinander axialverschiebbar. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Kolbeneinsätze gleitend ineinander geführte Stützvorsprünge (Stützschenkel) aufweisen, die sich zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder durch-
setzenden gemeinsamen Stützabschnitt ergänzen. Das heißt, die Kolbeneinsätze führen bei einer Doppelpumpe die Spannfedern auf ihrer ganzen Länge, wobei die Spannfeder durch die Axialverschiebbarkeit der Kolbeneinsätze über die gesamte Hublänge der Kolben geführt ist.
Die Kolbeneinsätze erstrecken sich abschnittsweise in den Arbeitsraum hinein, so dass die Spannfeder auch in diesem Bereich durch die Kolbeneinsätze abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder verhindern ist.
Die Stützvorsprünge weisen vorzugsweise jeweils einen im Wesentlichen kreisausschnittförmigen (kreissektorförmigen) Querschnitt auf. Bei einer bevorzugten Ausführung der Kolbenmaschine sind die Kolbeneinsätze mit jeweils drei um etwa 120° zueinander versetzt angeordneten Stützvorsprüngen versehen. Die Anlageschultern sind vorzugsweise im Bereich der Stützvorsprünge ausgebildet.
Die Kolbeneinsätze weisen vorzugsweise zumindest eine Ausnehmung, insbesondere eine Durchgangsbohrung auf, die einerseits im Arbeitsraum und andererseits in einer Gleitfläche des Gleitschuhs mündet und eine Druckmittelverbindung ausbildet. Über die Ausnehmung ist Druckmittel zur Gleitfläche des Gleitschuhs geführt, so dass dieser hydrostatisch an der Schrägoder Taumelscheibe abgestützt ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Figur 2 eine Einzeldarstellung eines Kolbeneinsatzes aus Figur 1 ;
Figur 3 eine Draufsicht des Kolbeneinsatzes aus Figur 2;
Figur 4 einen Längsschnitt des Kolbeneinsatzes aus Figur 2 und
Figur 5 eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
In Figur 1 ist eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe 1 ausgebildeten Kolbenmaschine dargestellt. Eine derartige Pumpe 1 besteht im Wesentlichen aus einer in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnete Kolbentrommel 2, die von einer Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden achsparallelen Zylinderbohrungen 4 durchsetzt ist, die jeweils in den Stirnflächen 6, 8 der Kolbentrommel 2 münden und jeweils zwei gegenläufig bewegbare Kolben 10, 12 aufnehmen. Diese ragen mit einem Kolbenfuß 14, 16 aus der jeweiligen Stirnfläche 6, 8 der Kolbentrommel 2 heraus. Die Kolbenfüße 14, 16 sind kugelig ausgebildet und tragen jeweils einen Gleitschuh 18, 20. Über die Gleitschuhe 18 sind die in Figur 1 aus der linken Stirnfläche 6 der Kolbentrommel 2 vorstehenden Kolben 10 an einer ersten Taumelscheibe 22 und über die Gleitschuhe 20 die aus der rechten Stirnfläche 8 vorstehenden Kolben 12 an einer zweiten Taumelscheibe 24 abgestützt. Die Taumelscheiben 22, 24 sind drehfest mit einer nicht dargestellten Antriebswelle der Pumpe 1 verbunden, die über Axial-/Radiallagerungen im Gehäuse gelagert ist. Bei einer derartigen Konstruktion mit symmetrisch angeordneten Taumelscheiben 22, 24 werden die auftretenden Axialkräfte symmetrisch in die Antriebswelle eingeleitet und von dieser getragen, so dass das Gehäuse und die Lagerung der beweglichen Teile entlastet sind und somit kleiner ausgelegt werden können als es bei einer einfachen Taumelscheibenpumpe mit nur einer Taumelscheibe der Fall ist. Von den einander zuweisenden Endab-
schnitten der jeweils in einer Zylinderbohrung 4 aufgenommenen Kolben, wobei diese im Bereich ihres inneren Totpunkts dargestellt sind, wird ein sich durch die gegenläufige Kolbenbewegung während des Saughubs vergrößernder und während des Druckhübs verkleinernder Arbeitsraum 28 in Axial- richtung begrenzt, in den Druckmittel über einen Sauganschluss zuführbar und aus dem Druckmittel über einen Druckanschluss abführbar ist (nicht dargestellt). Jeder Kolben 10, 12 hat einen etwa zylinderförmigen Kolbenmantel 26, 30, der über eine Einschnürung 32, 34 in den kugelförmigen Kolbenfuß 14, 16 übergeht. Dieser steht in kugelgelenkartigem Eingriff mit dem zugeordneten Gleitschuh 18, 20, der seinerseits mit seiner Gleitfläche 36, 38 an einer Stirnfläche 40, 42 der Taumelscheibe 22, 24 anliegt.
Die Kolben 10, 12 sind durch die Kraft einer abschnittsweise innerhalb der Kolben 10, 12 geführten Spannfeder 44 gegen die Taumelscheiben 22, 24 vorgespannt, so dass die Gleitschuhe 18, 20 während des Saughubs nicht von der zugeordneten Taumelscheibe 22, 24 abheben, wobei Endabschnitte 46, 48 der Spannfeder 44 an Anlageschultern 50, 52 eines jeweils in den Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsatzes 54, 56 abgestützt sind und diesen abschnittsweise umgreifen. Die Kolbeneinsätze 54, 56 reduzieren den Kolben- innenraum der Kolben 10, 12 und füllen den Innenraum der Spannfeder 44 aus, so dass das Totvolumen minimiert und eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung und Geräuschreduzierung erreicht wird. Aufgrund der Spannfeder 44 kann auf federvorgespannte Rückzugplatten zur Vorspannung der Gleitschuhe 18, 20 gegen die Taumelscheiben 22, 24 verzichtet werden. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Pumpe 1 , wobei die Gleitschuhe 18, 20 frei gestaltet werden können. Die Kolbeneinsätze 54, 56 sind mit einer eine Druckmittelverbindung ausbildenden Durchgangsbohrung 58 versehen, die einerseits im Arbeitsraum 28 und andererseits über eine Verbindungsbohrung 60, eine trichterförmige Erweiterung 62 der Kolben 10, 12 und eine Kapillar- bohrung 63 des Gleitschuhs 18, 20 in der Gleitfläche 36, 38 des Gleitschuhs 18, 20 mündet. Die trichterförmige Erweiterung 62 ist erforderlich, um die Druckmittelverbindung zur Gleitfläche 36, 38 auch während einer Relatiwer-
Schwenkung zwischen Gleitschuh 18, 20 und Kolben 10, 12 aufrechtzuerhalten. Über die Druckmittelverbindung ist Druckmittel zur Gleitfläche 36, 38 des Gleitschuhs 18, 20 geführt, so dass dieser hydrostatisch an der Taumelscheibe 22, 24 abgestützt ist.
Eine Besonderheit der beschriebenen Lösung besteht darin, dass zumindest die Kolbeneinsätze 54, 56, die Kolben 10, 12 und auch die Gleitschuhe 18, 20 aus verschleißfestem Kunststoff, beispielsweise kohlefaserverstärktem PEEK oder POM, hergestellt sind, so dass die Doppeltaumel- scheibenpumpe 1 mit minimalem Gewicht und minimalen bewegten Massen ausgeführt ist. Aufgrund der durch die Gewichtsoptimierung reduzierten Massenträgheit ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine 1 verbessert. Bei einer Kolbenmaschine mit metallischen Kolben kann aufgrund der Kolbeneinsätze aus Kunststoff ebenfalls eine erhebliche Gewichtsreduktion erreicht werden. Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kunststoffbauteile der Kolbenmaschine 1 durch Spritzgießen hergestellt werden. Dadurch ist die mechanische Nacharbeit der Bauteile auf ein Minimum reduziert oder kann entfallen, so dass eine kostengünstige Herstellung der Kolbenmaschine 1 ermöglicht ist. Die in den gegenläufig ver- schiebbaren Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsätze 54, 56 sind abschnittsweise ineinander axialverschiebbar, so dass die Spannfedern 44 über die gesamte Hublänge der Kolben 10, 12 geführt sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Kolbeneinsätze 54, 56 gleitend ineinander geführte Stützvorsprünge 64, 66, 68 (siehe Figur 2) aufweisen, die sich zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder 44 durchsetzenden Stützabschnitt 70 ergänzen. Die Spannfeder 44 ist entlang einer Innenwandung 72 des Kolbenmantels 26, 30 der Kolben 10, 12 und dem Stützabschnitt 70 der Kolbeneinsätze 54, 56 geführt. Diese erstrecken sich in den Arbeitsraum 28 hinein, so dass die Spannfeder 44 auch in diesem Bereich durch die Kolbeneinsätze 54, 56 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Gemäß Figur 2, die eine Einzeldarstellung des Kolbeneinsatzes 54 aus Figur 1 zeigt, weisen diese ein abschnittsweise zylinderförmiges Fußteil 74 auf, das einen an die Kolbeninnenwandung 72 (siehe Figur 1 ) angepassten kegelförmigen Endabschnitt 76 hat. Der Kolbeneinsatz 54 ist bei dem darge- stellten Ausführungsbeispiel arbeitsraumseitig mit drei Stützvorsprüngen 64, 66, 68 versehen, die sich gemäß Figur 1 mit den Stützvorsprüngen 64, 66, 68 des gegenüberliegenden Kolbeneinsatzes 56 zu dem im Wesentlichen zylinderförmigen Stützabschnitt 70 ergänzen. Die Stützvorsprünge 64, 66, 68 sind jeweils mit einer Anlageschulter 50 versehen, an der die Spannfeder 44 (siehe Figur 1 ) abgestützt ist (die Kolbeneinsätze 56 der anderen Seite sind identisch aufgebaut, so dass auf eine eigene Beschreibung verzichtet wird). Das heißt, die Kolbeneinsätze 54, 56 überdecken einander abschnittsweise, so dass die Spannfeder 44 auf ihrer gesamten Länge durch die Kolbeneinsätze 54, 56 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Wie Figur 3 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht des Kolbeneinsatzes 54 aus Figur 2 zeigt, sind die Stützvorsprünge 64, 66, 68 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um jeweils etwa 120° zueinander versetzt angeordnet und weisen einen etwa kreisausschnittförmigen (kreissektorförmigen) Quer- schnitt auf. Der Öffnungswinkel α der Stützvorsprünge 64, 66, 68 ist hierbei etwas geringer gewählt als der Öffnungswinkel ß benachbarter Ausnehmungen 78, 80, 82, so dass die Kolbeneinsätze 54, 56 mit geringem Spiel gleitend ineinander axialverschiebbar sind.
Gemäß Figur 4, die einen Längsschnitt des Kolbeneinsatzes 54 aus Figur
2 zeigt, sind die Anlageschultern 50 für die Spannfeder 44 im Bereich der Stützvorsprünge 64, 66, 68 ausgebildet. Um die Montage der Spannfeder 44 zu erleichtern, sind die Stützvorsprünge 64, 66, 68 jeweils mit einer außenliegenden Einführschräge 84 versehen.
In Figur 5 ist eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine 1 gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Anlageschultern 50, 52 der Spannfeder 44 jeweils an einem Radialbund 86 des Kolbeneinsatzes 88, 90 ausgebildet ist, der jeweils eine den An- lageschultern 50, 52 gegenüberliegende Stützschulter 92, 94 aufweist, an der ein Endabschnitt 96, 98 jeweils einer zweiten Spannfeder 100 mit gegenüber der ersten Spannfeder 44 wesentlich verringerter Federkonstante abgestützt ist. Die beiden Spannfedern 100 sind koaxial zu der mittigen Spannfeder 44 angeordnet und greifen jeweils an dem Grund der Kolben 10, 12 an. Der Radialbund 86 des Kolbeneinsatzes 88, 90 ist im dargestellten Bereich des inneren Totpunkts der Kolben 10, 12 durch die Kraft der Spannfeder 44 mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag 102 des Kolbens 10, 12 in Anlage gebracht. Der Anschlag 102 des Kolbens 10, 12 ist durch einen radial erweiterten Bereich der Innenwandung 72 des Kolbens 10, 12 als Anschlag- schulter ausgebildet. Der Stützabschnitt 70 des Kolbeneinsatzes 88, 90 hat einen im Bereich der stärkeren Spannfeder 44 entsprechend größeren Außendurchmesser. Der Anschlag 102 ist für die Funktion der erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 jedoch nicht zwingend erforderlich. Die mittig angeordnete Spannfeder 44 mit größerer Federkonstante ist für einen ersten Teilhub der Kolben 10, 12 im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge wirksam und dann entspannt. Die Spannfedern 100 mit verringerter Federkonstante zentrieren jeweils die Kolbeneinsätze 88, 90 und spannen die Kolben 10, 12 im Bereich des äußeren Totpunkts mit verhältnismäßig geringer Kraft gegen die Taumelscheiben 22, 24 vor. Die gegenüber der Spannfeder 44 mit großer Federkonstante geringere Kraft der Spannfedern 100 ist ausreichend, da bei Erreichen des äußeren Totpunkts keine weitere Beschleunigung der Kolben 10, 12 erforderlich ist (v = 0 bei Erreichen des äußeren Totpunkts). Die schwächeren Spannfedern 100 sind erst ab einer Hublänge von 30 bis 50% des Gesamthubs bei entspannter Spannfeder 44 wirksam. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, dass ein Abheben der Kolben 10, 12 von den Taumelscheiben 22, 24 durch die stärkere Spannfeder 44 verhindert wird, wobei der Federdurchmesser aufgrund der begrenzten Wirklänge der Spannfeder 44 mit
großer Federkonstante gegenüber einer die Kolben 10, 12 über die gesamte Hublänge vorspannenden starken Feder verringert ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es ebenfalls möglich, die Kolbeneinsätze 88, 90 derart auszubilden, dass diese einander abschnittsweise überdecken, so dass die Spannfeder 44 auf ihrer gesamten Länge durch die Kolbeneinsätze 88, 90 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr kann die Arbeitsmaschine 1 als Einscheibentaumel- oder Schrägscheibenpumpe ausgeführt werden, wobei in der Kolbentrommel 2 nur die Kolben 10 axialverschiebbar geführt sind und über die Gleitschuhe 18 an der einzigen Taumel- oder Schrägscheibe 22 anliegen. Bei einer derartigen Lösung wird das Gehäuse einseitig mit Druckkräften beaufschlagt, Vorteil ist jedoch, dass die Pumpe in Axialrichtung kürzer baut.
Offenbart ist eine hydraulische Kolbenmaschine 1 mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe 22, 24, an der eine Vielzahl von Kolben 10, 12 abgestützt sind, die jeweils über einen Gleitschuh 18, 20 gegen die Schrägoder Taumelscheibe 22, 24 vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben 10, 12 durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben 10, 12 geführten Spannfeder 44, 100 gegen die Schräg- oder Taumelscheibe 22, 24 vorgespannt, wobei ein Endabschnitt 46, 48 der Spannfeder 44 an zumindest einer Anlageschulter 50, 52 eines in dem Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsatzes 54, 56, 88, 90 abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.
Claims
1. Hydraulische Kolbenmaschine mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24), an der eine Vielzahl von Kolben (10, 12) abgestützt sind, die einen Arbeitsraum (28) begrenzen, wobei die Kolben (10, 12) jeweils über einen Gleitschuh (18, 20) gegen die Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (10, 12) durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben (10, 12) geführten Spannfeder (44, 100) gegen die Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind, wobei ein Endabschnitt (46, 48) der Spannfeder (44) an zumindest einer Anlageschulter (50, 52) eines in dem Kolben (10, 12) angeordneten Kolbeneinsatzes (54, 56, 88, 90) abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.
2. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 , wobei zumin- dest die Kolbeneinsätze (54, 56, 88, 90), die Kolben (10, 12) und/oder die
Gleitschuhe (18, 20) aus Kunststoff, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.
3. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit gegenläufig bewegbaren, einen gemeinsamen Arbeitsraum (28) begrenzenden Kolben (10, 12), wobei die Kolben (10, 12) über zumindest eine gemeinsame Spannfeder (44) jeweils mit einem Gleitschuh (18, 20) gegen eine Schrägoder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind.
4. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 3, wobei jeweils ein Endabschnitt (46, 48) der Spannfeder (44) an einer Anlageschulter (50, 52) des Kolbeneinsatzes (54, 56, 88, 90) der gegenläufig bewegbaren Kolben (10, 12) abgestützt ist.
5. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 4, wobei die Anlageschulter (50, 52) an einem Radialbund (86) des Kolbeneinsatzes (88, 90) ausgebildet ist, der eine der Anlageschulter (50, 52) gegenüberliegende Stützschulter (92, 94) aufweist, an der jeweils ein Endabschnitt (96, 98) zumindest einer zweiten Spannfeder (100) mit gegenüber der ersten Spannfeder (44) verringerter Federkonstante abgestützt ist.
6. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, wobei der Radialbund (86) des Kolbeneinsatzes (88, 90) durch die Kraft der Spannfeder (44) mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag (102) des Kolbens (10, 12) in Anlage bringbar ist.
7. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Spannfeder (44) mit der größeren Federkonstante für einen ersten Teilhub der Kolben (10, 12), vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge, wirksam ist.
8. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis
7, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) einander zumindest abschnittsweise überdecken.
9. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis
8, wobei sich Stützvorsprünge (64, 66, 68) der Kolbeneinsätze (54, 56) zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder (44) durchsetzenden Stützabschnitt (70) ergänzen.
10. Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 9, wobei die Stützvorsprünge (64, 66, 68) jeweils einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
11. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder
10, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) jeweils drei um jeweils etwa 120° zueinander versetzt angeordnete Stützvorsprünge (64, 66, 68) aufweisen.
12. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis
11 , wobei die Anlageschultern (50, 52) im Bereich der Stützvorsprünge (64, 66, 68) ausgebildet sind.
13. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) zumindest eine eine Druckmittelverbindung ausbildende Ausnehmung (58), insbesondere eine Durch- gangsbohrung aufweisen.
14. Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Kolbeneinsätze (54, 56) abschnittsweise in den Arbeitsraum (28) erstrecken.
15. Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die im Anspruch 2 genannten Bauteile (54, 56, 10, 12, 18, 20) durch Spritzgießen hergestellt sind.
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