EP2705250A1 - Axialkolbenmaschine in schrägachsenbauweise - Google Patents

Axialkolbenmaschine in schrägachsenbauweise

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EP2705250A1
EP2705250A1 EP12709590.9A EP12709590A EP2705250A1 EP 2705250 A1 EP2705250 A1 EP 2705250A1 EP 12709590 A EP12709590 A EP 12709590A EP 2705250 A1 EP2705250 A1 EP 2705250A1
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EP
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cylinder device
axial piston
torque
piston machine
axial
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ZF Friedrichshafen AG
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    • F04B1/328—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the axis of the cylinder barrel relative to the swash plate

Definitions

  • the invention relates to an axial piston machine in a bent-axis design according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art.
  • axial piston machines are used to drive a variety of hydraulically actuated devices and the conversion of torque.
  • Axial piston machines are provided, for example, as hydraulic drives for hydraulically operated machines, such as excavator arms and excavator buckets, loaders of wheel loaders, telehandlers, bulldozers, load dumpers of dump trucks and the like.
  • hydraulically operated machines such as excavator arms and excavator buckets, loaders of wheel loaders, telehandlers, bulldozers, load dumpers of dump trucks and the like.
  • axial piston machines in travel drives such machines, the axial piston machines represent parts of hydrostatic transmission of single-wheel drives or power-split continuously variable transmissions.
  • adjustable axial piston machines are preferably used in swash plate or Schrägachsenbauweise, where designed as swash plate axial piston machines are usually realized by design with a maximum adjustment angle of +/- 21 degrees. Due to the design-related limited Verstellwinkel Anlagenes swash plate machines are characterized by a low power density and therefore relatively large perform in order to provide a corresponding performance or to convert to the desired extent.
  • swash plate machines also have low efficiencies, since piston elements slide on a swash plate by means of sliding blocks and the piston elements are thereby subjected to transverse forces.
  • the transverse forces acting on the piston elements result in the connection area between the piston elements and the piston elements.
  • elements respectively associated cylinders during operation occurring frictional forces that adversely affect the efficiency.
  • leakage currents which adversely affect the volumetric efficiency of a swashplate machine arise in the region of gaps between the piston elements and the respective associated cylinders.
  • Axial piston machines in Schrägachsenbauart are compared to swash plate machines with higher efficiencies operable, with conventionally executed Schrägachsenhowen a maximum adjustment angle is about 25 degrees.
  • bent axis units are usually notteurschwenkbar.
  • bent axis units are operated as pumps, they are usually used in open circuits. In order to be able to display a changing oil delivery direction in the area of a bent axis unit, the direction of rotation of a bent axis unit must be changed.
  • Axial piston pumps are in Schrägachsenbauart without a torque leading portion and a cylinder connecting synchronous joint executed by piston elements disadvantageously transverse forces between the cylinder device and the torque leading area to be transmitted to support occurring between the cylinder device and a valve plate frictional forces can. Piston ends of the piston elements are usually trapped in calottes and transmit there the piston force in an axial force and in a circumferential force.
  • bent axis units Although the efficiencies of such bent axis units are higher than the efficiencies of the above-described swash plate units, a power density of bent axis units is still below a desired range due to the constructional circumstances briefly explained below.
  • bent-axis units in particular inclined-axis pumps, are usually designed with a fixed drive shaft axis and pivotably designed cylinder device.
  • An oil guide between one standing housing and the pivotally running cylinder device is usually done via a sliding carriage.
  • an appropriate seal In order to ensure the oil supply with the lowest possible leakage volume flows, an appropriate seal must be provided. However, the seal limits a maximum pivot angle of the cylinder device, of which a maximum displacement and thus a power density of a bent axis unit is dependent, such that a power density is low.
  • the cylinder device is mounted in a pivotable yoke housing.
  • the cylinder to be supplied and flowing out of the cylinder device oil is respectively removed in the region of a Jochlagerung in a complex manner a housing side trained hydraulic system or supplied to this.
  • the respectively funded by piston elements in the cylinder device or sucked oil between the cylinder device or between the cylinder device and the piston elements each limited piston chambers and a yoke bearing over relatively long oil channels to lead, however, cause undesirable high pressure losses and thus deteriorate efficiency.
  • bent axis units have better efficiencies than the oblique axes executed with a pivoting angle of approximately 25 degrees.
  • the production costs are higher than that of the efficiency-degraded bent axis machines.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a cost-manufacturable axial piston machine in oblique axis design available, which is operable with high efficiency and is characterized by a high power density.
  • the axial piston machine according to the invention in a bent-axis design is designed with a plurality of longitudinally movably guided piston elements in a rotatable cylinder device and with a region operatively connected to the piston elements and carrying a torque.
  • the torque carrying area is one
  • Swivel axis pivotally mounted and a displacement of the axial piston varies depending on the pivotal movement of the torque-conducting area, which an efficiency of the axial piston impairing oil ducts and manufacturing costs increasing sealing measures in the axial piston according to the invention are not provided.
  • a swivel angle range of the axial piston machine according to the invention is limited by the unnecessary complicated seal to a lesser extent, thus the axial piston machine according to the invention can be executed with a higher power density than known axial piston machines.
  • the torque-guiding region is a bevel gear which can be brought into engagement with a further bevel gear.
  • a likewise structurally simple and cost-effective embodiment of the axial piston machine according to the invention is characterized in that the torque-guiding region is rotatably supported by a bearing pivotable about the pivot axis via a bearing axially and radially bearing means in the region preferably a pivoting movement generating device to initiate a pivoting force can.
  • the pivot axis of the torque leading portion is arranged perpendicular to a rotation axis of the cylinder device and / or an axis of rotation of the torque leading portion at a displacement of the axial piston machine equal to zero in coincidence with the axis of rotation of the cylinder device.
  • the axial piston machine according to the invention with a low-efficiency forced lubrication executable over which only limited areas are to be supplied with lubricating and cooling fluid.
  • the axial piston according to the invention in comparison to known axial piston machines, in which rotating components are arranged completely in an oil bath, in a structurally simple manner with a higher efficiency operable.
  • Housing-side hydraulic channels are in another operable with little control and regulation effort embodiment of Axialkolbenma- machine depending on the rotational movement of the cylinder device in each case engageable by the piston elements and the cylinder means limited piston chambers in operative connection.
  • the axial piston machine can be embodied with a swivel angle range enabling a high power density.
  • the piston elements during operation of the axial piston according to the invention are substantially free of transverse forces, whereby a high sealing effect in the region between the piston elements and the cylinder device can be ensured at the same time little effort ,
  • the axial piston machine according to the invention can be operated with high efficiency since the cylinder device is connected between the valve plate and the cylinder device In the operation of the axial piston machine adjusting thin oil film with low frictional forces relative to the valve plate is rotatable.
  • FIG. 1 is a highly schematic representation of an embodiment of the axial piston machine according to the invention in a bent-axis design in a first operating state.
  • Fig. 2 is a representation corresponding to Fig. 1 of the axial piston machine in a second pivoted operating state of a torque conducting area.
  • the axial piston machine 1 shows a functional diagram of an embodiment of an adjustable axial piston machine 1 in a bent-axis design.
  • the axial piston machine 1 is designed with a plurality of piston elements 3 which are guided longitudinally movably in a rotatable cylinder device 2 and with a region 4 which is operatively connected to the piston elements 3 and carries a torque.
  • the piston elements 3 are sealed in the cylinder device 2 by means of suitable seals.
  • the axial piston machine 1 is presently designed as axial piston pump in a bent-axis design, which is to operate in a closed circuit.
  • the cylinder device 2 is rotatably mounted about a rotation axis 5 in a housing 6, wherein the cylinder device 2 is rotatably mounted in the housing 6 via a bearing axial and radial forces bearing means 7.
  • the axial forces of the cylinder device 2 are transmitted to the housing 6.
  • the bearing device 7 is arranged radially between between the piston elements 3 and the cylinder device 2 limited piston chambers 8 in a favorable manner.
  • the torque-guiding region 4 is designed as a bevel wheel which meshes with a further bevel gear 9 and is provided with a pivoting gear.
  • Axle 10 from the zero position shown in Fig. 1 in a first in Fig. 2, which is the axial piston machine 1 from a in Fig. 1 by the arrow II marked in more detail view, shown pivoting position is pivotable.
  • In the zero position of the ring gear 4 is a stroke of the piston elements 3 in the cylinder device 2 and a displacement of the axial piston machine 1 is substantially equal to zero.
  • a swivel angle between the axis of rotation 5 of the cylinder device 2 and a rotation axis 1 1 of the torque-conducting region 4 corresponds in the operating state of the axial piston machine 1 illustrated in FIG. 2 substantially to approximately + 45 degrees.
  • the torque leading area is 4 around the
  • Swivel axis 10 from the zero position shown in Fig. 1 in a second pivot position, not shown in the drawing by a pivot angle of -45 degrees pivot.
  • the torque-guiding region or the bevel gear 4 is rotatably supported by a bearing device 12 accommodating axial and radial forces in a cage 13 pivotable about the pivot axis 10, the bearing device 12 in the present case comprising a tapered roller bearing 14 and a cylindrical roller bearing 15.
  • the wave-like element 17 and the synchronous steering, the speed synchronization between the ring gear 4 with the piston shoes 16 and the cylinder device 2 is provided, helps in the region between the housing side fixed valve plate 18 and the cylinder device 2 to support occurring frictional forces and to move the piston elements 3 in the cylinder device 2 substantially free of lateral forces.
  • the valve plate 18 is non-rotatably operatively connected to the housing 6.
  • valve plate 18 is provided as a sliding and sealing surface, wherein the oil flow between the housing 6 and the cylinder device 2 takes place via the two valve plate-side regions 21 and the hydraulic channels 20, which are kidney-shaped at least in regions.
  • the hydraulic channels 26 and 27 with respect to a low pressure loss optimally executed.
  • the valve-plate-side hydraulic channels 20 are alternately in operative connection with the piston chambers 8 bounded by the piston elements 3 and the cylinder device 2 as a function of the rotational movement of the cylinder device 2, for example, to supply hydraulic pressure to a desired extent to a hydraulically actuated excavator arm.
  • a stroke of the piston elements 3 in the cylinder device 2 increases up to a maximum stroke value is equivalent to a maximum displacement of the axial piston machine 1.
  • the axis of rotation 5 of the cylinder device 2 and close the axis of rotation 12 of the torque leading portion 4 and the ring gear an angle of 45 degrees.
  • the pivot axis 10 of the ring gear 4 and also of the cage 13 is perpendicular to the axis of rotation 5 of the cylinder device 2.
  • the pivot axis 10 of the ring gear 4 simultaneously corresponds to a rotation axis of the further plate wheel 9 or a shaft 22 rotatably connected thereto, which is connected to a non-illustrated mechanical transmission via a spur gear 23 and which in the present case is rotatably mounted in a main housing 24 via a likewise axial and radial forces receiving bearing means 25.
  • the pivot axis 10 corresponds to the drive of the plate wheel 4 by the further ring gear 9 without affecting the power transmission over the teeth of the ring gear 4 and the other ring gear 9 even during pivoting of the cage 13 feasible.
  • the spur gear 23 instead of the spur gear 23, to provide another suitable shaft connection, such as a flange connection or the like, in order to introduce a torque applied to the plate rim 4 into the mechanical gear or to transfer it from the mechanical gear to the ring gear 4 .
  • a suitable shaft connection such as a flange connection or the like
  • the circumferential force in the tooth engagement of the two bevel gears 4 and 9 is supported by the adjusting device of the cage 13.
  • the adjusting device In addition to this circumferential force, the adjusting device must also support the not 100% balanced piston forces.
  • Pivot axis of the torque-guiding area Rotary axis of the torque-carrying area. Bearing device of the torque-bearing area. Cage
  • Hydraulic channel on the housing side

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Abstract

Es wird eine Axialkolbenmaschine (1) in Schrägachsenbauweise mit mehreren in einer drehbaren Zylindereinrichtung (2) längs beweglich geführten Kolbenelementen (3) und mit einem mit den Kolbenelementen (3) wirkverbundenen und Drehmoment führenden Bereich (4) beschrieben. Der Drehmoment führende Bereich (4) ist um eine Schwenkachse (10) verschwenkbar ausgeführt und ein Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (1) variiert in Abhängigkeit der Schwenkbewegung des Drehmoment führenden Bereiches (4).

Description

Axialkolbenmaschine in Schräqachsenbauweise
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
In der Praxis werden Axialkolbenmaschinen für den Antrieb verschiedenster hydraulisch betätigbarer Einrichtungen und die Wandlung von Drehmoment verwendet. Dies resultiert unter anderem aus der hohen Leistungsdichte von Axialkolbenmaschinen und der Möglichkeit, das Schluckvolumen stufenlos verstellen zu können.
Axialkolbenmaschinen werden beispielsweise als hydraulische Antriebe für hydraulisch betätigte Maschinen, wie Baggerarme und Baggerschaufeln, Ladeeinrichtungen von Radladern, Telehändlern, Planierraupen, Lasthebevorrichtungen von Muldenkippern und dergleichen, vorgesehen. Darüber hinaus ist es auch bekannt, Axialkolbenmaschinen in Fahrantriebe solcher Maschinen zu integrieren, wobei die Axialkolbenmaschinen Teile hydrostatischer Getriebe von Einzelradantrieben oder leistungsverzweigten stufenlosen Getrieben darstellen.
Dabei werden verstellbare Axialkolbenmaschinen bevorzugt in Schrägscheiben- oder Schrägachsenbauweise verwendet, wobei bei als Schrägscheibenpumpen ausgeführten Axialkolbenmaschinen bauartbedingt üblicherweise mit einem Verstellwinkel von maximal +/- 21 Grad realisiert sind. Aufgrund des bauartbedingt eingeschränkten Verstellwinkelbereiches sind Schrägscheibenmaschinen durch eine geringe Leistungsdichte gekennzeichnet und daher relativ groß auszuführen, um eine entsprechende Leistung zur Verfügung stellen zu können oder in gewünschtem Umfang wandeln zu können.
Des Weiteren weisen Schrägscheibenmaschinen auch geringe Wirkungsgrade auf, da Kolbenelemente mittels Gleitschuhen auf einer Schrägscheibe gleiten und die Kolbenelemente dabei mit Querkräften beaufschlagt werden. Die an den Kolbenelementen angreifenden Querkräfte resultieren aus im Verbindungsbereich zwischen den Kolbenelementen und den den Kolben- elementen jeweils zugeordneten Zylindern im Betrieb auftretenden Reibungskräften, die den Wirkungsgrad nachteilig beeinflussen. Zusätzlich entstehen im Bereich von Spalten zwischen den Kolbenelementen und den jeweils zugeordneten Zylindern Leckageströme, die den volumetrischen Wirkungsgrad einer Schrägscheibenmaschine nachteilig beeinflussen.
Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauart sind im Vergleich zu Schrägscheibenmaschinen mit höheren Wirkungsgraden betreibbar, wobei bei herkömmlich ausgeführten Schrägachseneinheiten ein maximaler Verstellwinkel in etwa 25 Grad beträgt. Derartige Schrägachseneinheiten sind üblicherweise jedoch nicht durchschwenkbar.
Werden Schrägachseneinheiten als Pumpen betrieben, werden diese üblicherweise in offenen Kreisläufen eingesetzt. Um eine wechselnde Ölförder- richtung im Bereich einer Schrägachseneinheit darstellen zu können, ist die Drehrichtung einer Schrägachseneinheit zu ändern. Sind Axialkolbenpumpen in Schrägachsenbauart ohne ein einen Drehmoment führenden Bereich und eine Zylindereinrichtung verbindendes Synchrongelenk ausgeführt, sind von Kolbenelementen nachteilhafterweise Querkräfte zwischen der Zylindereinrichtung und dem Drehmoment führenden Bereich zu übertragen, um zwischen der Zylindereinrichtung und einer Ventilplatte auftretende Reibkräfte abstützen zu können. Kolbenenden der Kolbenelemente sind meist in Kalotten gefangen und übertragen dort die Kolbenkraft in eine Axialkraft und in eine Umfangskraft.
Obwohl die Wirkungsgrade solcher Schrägachseneinheiten höher als die Wirkungsgrade der vorbeschriebenen Schrägscheibeneinheiten sind, liegt eine Leistungsdichte von Schrägachseneinheiten aufgrund der nachfolgend kurz erläuterten konstruktiven Gegebenheiten immer noch unterhalb eines gewünschten Bereiches.
Bekannte Schrägachseneinheiten, insbesondere Schrägachsenpumpen, sind üblicherweise mit feststehender Triebwellenachse und verschwenkbar ausgeführter Zylindereinrichtung ausgeführt. Eine Ölführung zwischen einem stehenden Gehäuse und der verschwenkbar ausgeführten Zylindereinrichtung erfolgt meist über einen Gleitschlitten. Um die Ölführung mit möglichst geringen Leckagevolumenströmen gewährleisten zu können, ist eine entsprechende Abdichtung vorzusehen. Die Abdichtung begrenzt jedoch einen maximalen Schwenkwinkel der Zylindereinrichtung, von dem ein maximales Schluckvolumen und damit eine Leistungsdichte einer Schrägachseneinheit abhängig ist, derart, dass eine Leistungsdichte gering ist.
Aus der DE 10 2007 033 008 A1 ist eine Axialkolbenmaschine in
Schrägachsenbauart bekannt, deren Gesamtschwenkwinkelbereich 90 Grad beträgt, wobei eine Zylindereinrichtung aus einer Nulllage heraus, in der ein Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine gleich Null ist, jeweils um
+/- 45 Grad verschwenkbar ausgeführt ist. Die Zylindereinrichtung ist in einem schwenkbaren Jochgehäuse gelagert. Der Zylindereinrichtung zuzuführendes und aus der Zylindereinrichtung abströmendes Öl wird jeweils im Bereich einer Jochlagerung in aufwändiger Art und Weise einem gehäuseseitig ausgebildetem Hydrauliksystem entnommen oder diesem zugeführt. Dabei ist das von Kolbenelementen in der Zylindereinrichtung jeweils geförderte oder angesaugte Öl zwischen der Zylindereinrichtung bzw. zwischen von der Zylindereinrichtung und den Kolbenelementen jeweils begrenzten Kolbenräumen und einem Jochlager über relativ lange Ölkanäle zu führen, die jedoch unerwünscht hohe Druckverluste verursachen und somit einen Wirkungsgrad verschlechtern.
Zusätzlich ist im Bereich der Schnittstelle zwischen dem schwenkenden Joch und einem stehenden Lagerbügel, d. h. im Bereich der Jochlagereinrichtung, eine für hohe Betriebsdrücke ausgelegte Dichtung vorzusehen, die eine Schwenkbewegung des Jochgehäuses und auch der Zylindereinrichtung bzw. der Zylindertrommel gegenüber einem Drehmoment führenden Bereich bzw. einem Triebflansch der Axialkolbenmaschine zulässt.
Derartige Schrägachseneinheiten weisen zwar bessere Wirkungsgrade als die mit einem Schwenkwinkel von ca. 25 Grad ausgeführten Schrägach- senmaschinen auf, jedoch sind die Fertigungskosten höher als die der wirkungsgradschlechteren Schrägachsenmaschinen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise zur Verfügung zu stellen, die mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist und durch eine hohe Leistungsdichte gekennzeichnet ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ist mit mehreren in einer drehbaren Zylindereinrichtung längsbeweglich geführten Kolbenelementen und mit einem mit den Kolbenelementen wirkverbundenen und drehmomentführenden Bereich ausgeführt.
Erfindungsgemäß ist der Drehmoment führende Bereich um eine
Schwenkachse verschwenkbar ausgeführt und ein Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine variiert in Abhängigkeit der Schwenkbewegung des drehmomentführenden Bereiches, womit einen Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine beeinträchtigende Ölführungen und Fertigungskosten erhöhende Dichtmaßnahmen bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine nicht vorzusehen sind. Dies resultiert aus der Tatsache, dass zu- und abströmendes Öl zwischen der Zylindereinrichtung und einem feststehenden Gehäuse ohne Zwischenschaltung langer und große Druckverluste erzeugender Ölkanäle austauschbar ist und nicht über gegenüber dem feststehenden Gehäuse drehbar ausgeführte Bauteilkomponenten, in deren Bereich dann aufwändige und kostenintensive Abdichtmaßnahmen vorzusehen sind, auszutauschen ist.
Zusätzlich ist ein Schwenkwinkelbereich der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine durch die nicht erforderliche aufwändige Dichtung in geringerem Umfang eingeschränkt, womit die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einer höheren Leistungsdichte ausführbar ist als bekannte Axialkolbenmaschinen.
Bei einer konstruktiv einfachen sowie bauraum- und kostengünstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist der Drehmoment führende Bereich ein Kegelrad, das mit einem weiteren Kegelrad in Eingriff bringbar ist.
Eine ebenfalls konstruktiv einfache und kostengünstige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung in einem um die Schwenkachse schwenkbaren Käfig drehbar gelagert ist, in dessen Bereich vorzugsweise eine die Schwenkbewegung generierende Einrichtung eine Schwenkkraft einleiten kann.
Bei weiteren bauraumgünstigen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist die Schwenkachse des Drehmoment führenden Bereiches senkrecht zu einer Drehachse der Zylindereinrichtung angeordnet und/oder eine Drehachse des Drehmoment führenden Bereiches bei einem Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine gleich Null in Deckung mit der Drehachse der Zylindereinrichtung.
Ist die Zylindereinrichtung in einem Gehäuse über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung drehbar gelagert, ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einer wirkungsgradgünstigen Zwangsschmierung ausführbar, über welche lediglich begrenzte Bereiche mit Schmier- und Kühlfluid zu versorgen sind. Damit ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine im Vergleich zu bekannten Axialkolbenmaschinen, bei welchen rotierende Bauteile komplett im Ölbad angeordnet sind, auf konstruktiv einfache Art und Weise mit einem höheren Wirkungsgrad betreibbar.
Gehäuseseitige Hydraulikkanäle sind bei einer weiteren mit geringem Steuer- und Regelaufwand betreibbaren Ausführungsform der Axialkolbenma- schine in Abhängigkeit der Drehbewegung der Zylindereinrichtung jeweils von mit den Kolbenelementen und der Zylindereinrichtung begrenzten Kolbenräumen in Wirkverbindung bringbar.
Ist der Drehmoment führende Bereich über Kolbenschuhe mit den Kolbenelementen verbunden und sind die Kolbenelemente in den Kolbenschuhen schwenkbar gelagert, ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit einem eine große Leistungsdichte ermöglichenden Schwenkwinkelbereich ausführbar.
Sind der Drehmoment führende Bereich und die Zylindereinrichtung zur Drehzahlsynchronisierung über ein wellenartiges Element gelenkig miteinander wirkverbunden, sind die Kolbenelemente im Betrieb der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine im Wesentlichen frei von Querkräften, womit eine hohe Dichtwirkung im Bereich zwischen den Kolbenelementen und der Zylindereinrichtung bei gleichzeitig geringem Aufwand gewährleistbar ist.
Liegt die Zylindereinrichtung mit einer dem Drehmoment führenden Bereich abgewandten Seite an einer gehäuseseitig festgelegten Ventilplatte an, in deren Bereich die Hydraulikkanäle jeweils in vorzugsweise nierenförmige Bereiche münden, ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit hohem Wirkungsgrad betreibbar, da die Zylindereinrichtung über einen zwischen der Ventilplatte und der Zylindereinrichtung sich im Betrieb der Axialkolbenmaschine einstellenden dünnen Ölfilm mit geringen Reibkräften gegenüber der Ventilplatte drehbar ist.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise in einem ersten Betriebszustand; und
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung der Axialkolbenmaschine in einem zweiten verschwenkten Betriebszustand eines drehmomentführenden Bereiches.
Fig. 1 zeigt ein Funktionsschema einer Ausführungsform einer verstellbaren Axialkolbenmaschine 1 in Schrägachsenbauweise. Die Axialkolbenmaschine 1 ist mit mehreren in einer drehbaren Zylindereinrichtung 2 längsbeweglich geführten Kolbenelementen 3 und mit einem mit den Kolbenelementen 3 wirkverbundenen und Drehmoment führenden Bereich 4 ausgeführt. Die Kolbenelemente 3 sind in der Zylindereinrichtung 2 durch geeignete Dichtungen abgedichtet. Die Axialkolbenmaschine 1 ist vorliegend als Axialkolbenpumpe in Schrägachsenbauweise ausgebildet, die in einem geschlossenen Kreislauf zu betreiben ist. Die Zylindereinrichtung 2 ist um eine Drehachse 5 drehbar in einem Gehäuse 6 gelagert, wobei die Zylindereinrichtung 2 in dem Gehäuse 6 über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung 7 drehbar gelagert ist. Die Axialkräfte der Zylindereinrichtung 2 werden zum Gehäuse 6 übertragen. Die Lagereinrichtung 7 ist vorliegend radial zwischen von den Kolbenelementen 3 und der Zylindereinrichtung 2 begrenzten Kolbenräumen 8 auf günstige Art und Weise angeordnet.
Der Drehmoment führende Bereich 4 ist vorliegend als ein Kegelrad ausgeführt, das mit einem weiteren Kegelrad 9 kämmt und um eine Schwenk- achse 10 aus der in Fig. 1 dargestellten Nulllage in eine erste in Fig. 2, die die Axialkolbenmaschine 1 aus einer in Fig. 1 durch den Pfeil II näher gekennzeichneten Ansicht darstellt, gezeigte Schwenklage verschwenkbar ist. In der Nulllage des Tellerrades 4 ist ein Hub der Kolbenelemente 3 in der Zylindereinrichtung 2 und ein Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine 1 im Wesentlichen gleich Null. Ein Schwenkwinkel zwischen der Drehachse 5 der Zylindereinrichtung 2 und einer Drehachse 1 1 des drehmomentführenden Bereiches 4 entspricht in dem in Fig. 2 dargestellten Betriebszustand der Axialkolbenmaschine 1 im Wesentlichen etwa + 45 Grad.
Darüber hinaus ist der Drehmoment führende Bereich 4 um die
Schwenkachse 10 aus der in Fig. 1 dargestellten Nulllage in eine zweite in der Zeichnung nicht gezeigte Schwenklage um einen Schwenkwinkel von -45 Grad verschwenkbar.
Des Weiteren ist der Drehmoment führende Bereich bzw. das Kegelrad 4 über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung 12 in einem um die Schwenkachse 10 schwenkbaren Käfig 13 drehbar gelagert, wobei die Lagereinrichtung 12 vorliegend ein Kegelrollenlager 14 und ein Zylinderrollenlager 15 umfasst.
In der in Fig. 1 näher dargestellten Nulllage des Drehmoment führenden Bereiches 4 und des Käfigs 13 sind die Drehachse 5 der Zylindereinrichtung 2 und die Drehachse 1 1 des Drehmoment führenden Bereiches 4 in Deckung bzw. verlaufen in gleicher Richtung. Bei drehendem Tellerrad 4 und damit verbundener Kolbenschuhe 16, in deren Bereich die Kolbenelemente 3 mit dem Tellerrad 4 verbunden und schwenkbar gelagert sind, wird die Zylindereinrichtung 2 über ein wellenartiges Element 17 bzw. ein Synchrongelenk mitgenommen, über das der Drehmoment führende Bereich 4 und die Zylindereinrichtung 2 zur Drehzahlsynchronisierung gelenkig miteinander wirkverbunden sind.
Das wellenartige Element 17 bzw. das Synchrongelenk, das zur Drehzahlsynchronisierung zwischen dem Tellerrad 4 mit den Kolbenschuhen 16 und der Zylindereinrichtung 2 vorgesehen ist, hilft im Bereich zwischen der gehäu- seseitig festgelegten Ventilplatte 18 und der Zylindereinrichtung 2 auftretende Reibkräfte abzustützen und die Kolbenelemente 3 in der Zylindereinrichtung 2 im Wesentlichen querkraftfrei zu bewegen. Das bedeutet, dass über das wellenartige Element 17 vorliegend lediglich eine zwischen der Zylindereinrichtung 2 und einer gehäuseseitig festgelegten Ventilplatte 18 im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 wirkende Reibkraft überwunden wird, an der die Zylindereinrichtung 2 mit einer den Drehmoment führenden Bereich 4 abgewandten Seite 19 an der gehäuseseitig festgelegten Ventilplatte 18 anliegt, in deren Bereich gehäuseseitige Hydraulikkanäle 20 in nierenförmigen Bereichen 21 münden.
Die Ventilplatte 18 ist drehfest zum Gehäuse 6 wirkverbunden.
Die Ventilplatte 18 ist vorliegend als Gleit- und Dichtfläche vorgesehen, wobei der Ölfluss zwischen dem Gehäuse 6 und der Zylindereinrichtung 2 über die beiden zumindest bereichsweise nierenformig ausgeführten ventilplattensei- tigen Bereiche 21 und die Hydraulikkanäle 20 erfolgt. In dem vorliegend stehend ausgeführten Gehäuse 6 sind die Hydraulikkanäle 26 und 27 hinsichtlich eines geringen Druckverlustes optimal ausführbar. Die ventilplattenseitigen Hydraulikkanäle 20 stehen in Abhängigkeit der Drehbewegung der Zylindereinrichtung 2 jeweils mit den von den Kolbenelementen 3 und der Zylindereinrichtung 2 begrenzten Kolbenräumen 8 wechselweise in Wirkverbindung, um beispielsweise einen hydraulisch betätigbaren Baggerarm in gewünschtem Umfang mit Hydraulikdruck zu versorgen.
Wird das Tellerrad 4 ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Nulllage in Richtung der ersten in Fig. 2 gezeigten maximalen Schwenkstellung um die Schwenkachse 2 herum verschwenkt, vergrößert sich ein Hub der Kolbenelemente 3 in der Zylindereinrichtung 2 bis hin zu einem maximalen Hubwert, der äquivalent zu einem maximalen Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine 1 ist. In der in Fig. 2 gezeigten ausgeschwenkten Stellung des Käfigs 13 und auch des Tellerades 4 schließen die Drehachse 5 der Zylindereinrichtung 2 und die Drehachse 12 des Drehmoment führenden Bereiches 4 bzw. des Tellerrades einen Winkel von 45 Grad ein. Bei drehendem Tellerrad 4 und der damit verbundenen Kolbenschuhe 16 wird die Zylindertrommel 2 durch das wellenartige Element 17 mitgenommen und die Kolbenelemente 3 führen über der Drehbewegung ihren maximalen Hub aus.
Die Schwenkachse 10 des Tellerrades 4 und auch des Käfigs 13 steht senkrecht zur Drehachse 5 der Zylindereinrichtung 2. In der Darstellung gemäß Fig. 1 entspricht die Schwenkachse 10 des Tellerades 4 gleichzeitig einer Drehachse des weiteren Tellerades 9 bzw. einer damit drehfest verbundenen Welle 22, die mit einem nicht näher dargestellten mechanischen Getriebe über ein Stirnrad 23 verbunden ist und die vorliegend in einem Hauptgehäuse 24 über eine ebenfalls Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung 25 drehbar gelagert ist.
Das bedeutet, dass im Pumpenbetrieb der Axialkolbenmaschine 1 über die Welle 22 mechanische Leistung bzw. Drehmoment auf das Tellerrad 4 geführt wird und in einem motorischen Betrieb der Axialkolbenmaschine über die Welle 22 mechanische Leistung entnommen wird.
Dadurch, dass der Käfig 13 um die Schwenkachse 10 verschwenkbar ausgeführt ist und die Drehachse der Welle 22, mit der das weitere Tellerrad 9 drehfest verbunden ist, der Schwenkachse 10 entspricht, ist der Antrieb des Tellerades 4 durch das weitere Tellerrad 9 ohne Beeinträchtigung der Kraftübertragung über die Zähne des Tellerrades 4 und des weiteren Tellerrades 9 auch beim Verschwenken des Käfigs 13 durchführbar.
In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, anstatt des Stirnrades 23 eine andere geeignete Wellenverbindung, wie eine Flanschverbindung oder dergleichen, vorzusehen, um ein am Tellerrand 4 anliegendes Drehmoment in das mechanische Getriebe einzuleiten oder vom mechanischen Getriebe auf das Tellerrad 4 zu übertragen. Die Umfangskraft im Zahneingriff der beiden Kegelräder 4 und 9 ist durch die Versteileinrichtung des Käfigs 13 abzustützen. Außer dieser Umfangskraft muss die Versteileinrichtung auch die nicht zu 100 % ausgeglichenen Kolbenkräfte abstützen.
Bezuqszeichen Axialkolbenmaschine
Zylindereinrichtung
Kolbenelement
Drehmoment führender Bereich, Kegelrad
Drehachse der Zylindereinrichtung
Gehäuse
Lagereinrichtung
Kolbenraum
weiteres Kegelrad
Schwenkachse des Drehmoment führenden Bereiches Drehachse des Drehmoment führenden Bereiches Lagereinrichtung des Drehmoment führenden Bereiches Käfig
Kegelrollenlager
Zylinderrollenlager
Kolbenschuh
wellenartiges Element, Synchrongelenk
Ventilplatte
Seite der Zylindereinrichtung
Hydraulikkanal
nierenförmiger Bereich
Welle
Stirnrad
Hauptgehäuse
Lagereinrichtung
nierenförmiger Bereich gehäuseseitig
Hydraulikkanal gehäuseseitig

Claims

Patentansprüche
1 . Axialkolbenmaschine (1 ) in Schrägachsenbauweise mit mehreren in einer drehbaren Zylindereinrichtung (2) längsbeweglich geführten Kolbenelementen (3) und mit einem mit den Kolbenelementen (3) wirkverbundenen und Drehmoment führenden Bereich (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich (4) um eine Schwenkachse (10) verschwenkbar ausgeführt ist und ein Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (1 ) in Abhängigkeit der Schwenkbewegung des Drehmoment führenden Bereiches (4) variiert.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich (4) ein Kegelrad ist, das mit einem weiteren Kegelrad (9) in Eingriff bringbar ist.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich (4) über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung (12) in einem um die Schwenkachse (10) schwenkbaren Käfig (13) drehbar gelagert ist.
4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (10) des Drehmoment führenden Bereiches (4) senkrecht zu einer Drehachse (5) der Zylindereinrichtung (2) angeordnet ist.
5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (1 1 ) des Drehmoment führenden Bereiches (4) bei einem Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (1 ) gleich Null in Deckung mit der Drehachse (5) der Zylindereinrichtung (2) ist.
6. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinrichtung (2) in einem Gehäuse (6) über eine Axial- und Radialkräfte aufnehmende Lagereinrichtung (7) drehbar gelagert ist, wobei die Axialkräfte der Zylindereinrichtung (2) vom Gehäuse (6) aufgenommen werden.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ventilplattenseitige Kanäle (20) in Abhängigkeit der Drehbewegung der Zylindereinrichtung (2) jeweils mit von den Kolbenelementen (3) und der Zylindereinrichtung (2) begrenzten Kolbenräumen (8) in Wirkverbindung bringbar sind.
8. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich (4) über Kolbenschuhe (16) mit dem Kolbenelementen (3) verbunden ist, wobei die Kolbenelemente (3) in den Kolbenschuhen (16) schwenkbar gelagert sind.
9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment führende Bereich (4) und die Zylindereinrichtung (2) zur Drehzahlsynchronisierung über ein wellenartiges Element (17) gelenkig miteinander wirkverbunden sind.
10. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylindereinrichtung (2) mit einer dem Drehmoment führenden Bereich (4) abgewandten Seite an einer gehäuseseitig festgelegten Ventilplatte (18) anliegt, in deren Bereich die Hydraulikkanäle (20) jeweils in vorzugsweise nierenförmige Bereiche (21 ) münden.
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