WO2005045247A1

WO2005045247A1 - Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: WO2005045247A1
Application number: PCT/DE2004/002411
Authority: WO
Inventors: Stefan Marx; Emanuel Lange
Original assignee: Holmer Maschinenbau Gmbh
Priority date: 2003-11-06
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2005-05-19

Abstract

Bei einer Axialkolbenmaschine mit wenigstens einer Hubscheibe (10), mit wenigstens einer an einem Schwenkkörper gelagerten and antriebsmässig mit der Hubscheibe verbundenen Zylindertrommel (15) and mit mehreren um die Trommelachse verteilten Arbeitszylindern mit mit der Hubscheibe zusammenwirkenden Arbeitskolben (12) sind die Zylinderräume der Arbeitszylinder über Steueröffnungen an einem mit der Zylindertrommel nicht mitdrehenden Teil des Schwenkkörpers mit einem ersten Strömungsweg (27) für ein unter Druck stehendes Strömungsmedium oder mit einem zweiten Strömungsweg (28) für das drucklose Strömungsmedium verbunden. Die Zylindertrommel ist über Steuermittel in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Schwenkkörpers axial derart verschiebbar, dass der Abstand der Zylindertrommel von der Schwenkachse mit zunehmendem Schwenkwinkel aus der neutralen Stellung zunimmt. In den Strömungswegen sind Ausgleichszylinder (23) vorgesehen, die derart gesteuert werden, dass mit zunehmendem Schwenkwinkel des Schwenkkörpers aus der neutralen Stellung das Volumen der Zylinderräume der Ausgleichszylinder abnimmt.

Description

Axialkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.

Axialkolbenmaschinen dieser Art mit Drehmomententwicklung an einer Hubscheibe oder an einem Triebflansch sind bekannt (DE 38 00 031 C2; DE 22 64 909 C2). Bekannt ist hierbei auch, beim Schwenken des Schwenkkörpers oder -rahmens und der an diesem Schwenkkörper drehbar gelagerte Zylindertrommel aus einer neutralen Stellung, in der die Achse der Zylindertrommel achsgleich mit der Achse der

Hubscheibe liegt, zugleich eine gesteuerte axiale Bewegung der Zylindertrommel derart vorzusehen, dass das maximale Volumen des Arbeitsraumes der Arbeitszylinder optimal an den mit dem Schwenkwinkel des Schwenkkörpers sich ändernden Hub anzupasst ist, sodass trotz des maximalen Hubes der Kolben der Arbeitszylinder in der maximalen Schwenkstellung des Schwenkkörpers bei kleineren Schwenkwinkeln und in der neutralen Stellung Toträume in den Arbeitszylindern und insbesondere die damit verbundenen volu metrischen Verluste bei kleinem Schwenkwinkel vermieden sind (Totraumkompensation).

Ein Nachteil bekannter Axialkolbenmaschinen ist, dass bei dieser

Totraumkompensation ein erhebliches Volumen der hydraulischen Flüssigkeit (Hydrauliköl) unter anderem mit hohem Druck in den dieses Medium unter Druck führenden Strömungsweg verdrängt werden muss, und zwar u.a. mit Nachteil, dass für die Steuer- oder Schwenkbewegung des Schwenkkörpers aber auch für die Aufrechterhaltung einer bestimmten Steuer- oder Schwenkstellung erhebliche Kräfte notwendig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben und eine Axialkolbenmaschine aufzuzeigen, bei u.a. der Steuer- oder Schwenkbewegung mit einem erheblich reduzierten Kraftaufwand und geringer Steuer- oder Schwenkleistung möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Axialkolbenmaschine entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Ausgleichszylinder gesteuert eine Volumenkompensation erfolgt, d. h. das bei der Totraumkompensation verdrängte Volumen der Hydraulikflüssigkeit wird von den Ausgleichszylindern gesteuert aufgenommen bzw. wieder abgegeben, sodass u. a. für die Schwenkbewegung des Schwenkkörpers oder Schwenkrahmens und für die Aufrechterhaltung der jeweiligen Schwenkstellung nur noch geringe Steuerkräfte erforderlich sind.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an verschiedenen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 eine Axialkolbenmaschine gemäß der Erfindung in perspektivischer Darstellung und in verschiedenen Ansichten; Fig. 3 - 5 die Axialkolbenmaschine der Figuren 1 und 2 in Seitenansicht und in unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. in unterschiedlichen Schwenkstellungen des die Zylindertrommel aufweisenden Gehäuseteils oder Schwenkrahmens (auch Schwenkkörper); Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch die Axialkolbenmaschine gemäß den Figuren 1 und 2; Fig. 7 - 9 Vertikalschnitte durch die Axialkolbenmaschine der Figur 1 und 2 bei unterschiedlichen Betriebszuständen bzw. in unterschiedlichen Schwenkstellungen des die Zylindertrommel aufweisenden Gehäuseteils oder Schwenkrahmens; Fig. 10 - 12 Darstellungen ähnlich den Figuren 7 - 9, jedoch bei hervorgehobenem Koppelglied zur gesteuerte Axial-Bewegung der Zylindertrommel für die Totraumkompensation; Fig. 13 in vereinfachter Darstellung eine Rückansicht des schwenkbaren Gehäuseteils bzw. Schwenkrahmens der Axialkolbenmaschine der Figuren 1 und 2, zusammen mit den Kompensationszylindern für die Volumenkompensation; Fig. 14 - 16 in schematischer Darstellung die Bewegkurve der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine der Figuren 1 und 2 beim Schenken des schwenkbaren Gehäuseteils bzw. Schwenkrahmens;

Fig. 17 - 19 in Darstellungen ähnlich den Figuren 10 - 12 eine weitere mögliche Ausführungsform der Axialkolbenmaschine der Erfindung; Fig. 20 - 22 in schematischer Darstellung die Bewegkurve der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine der Figuren 17 - 19 beim Schenken des schwenkbaren Gehäuseteils bzw. Schwenkrahmens;

Fig. 23 und 24 in Darstellungen ähnlich den Figuren 10 - 12 eine weitere mögliche Ausführungsform der Axialkolbenmaschine der Erfindung; Fig. 25 in schematischer Darstellung die Bewegkurve der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine der Figuren 23 und 24 beim Schenken des schwenkbaren Gehäuseteils bzw. Schwenkrahmens;

Fig. 26 - 28 in perspektivischer Darstellung weitere mögliche Ausführungsformen der erfind ungsgemäßen Axialkolbenmaschine; Fig. 29 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht eine Triebflanschwelle mit jeweils einem an jedem Ende dieser Welle vorgesehenen Triebflansch;

Fig. 30 in vereinfachter Darstellung eine Draufsicht auf einen Triebflansch der Welle der Figur 29; Fig. 31 - 33 in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht eine Axialkolbenmaschine gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.

Die in den Figuren 1 - 16 allgemein mit 1 bezeichnete Axialkolbenmaschine besitzt bei der dargestellten Auführungsform drei Gehäuseteile 2, 3 und 4 von denen das an dem Gehäuseteil 3 angeflanschte Gehäuseteil 2 im Wesentlichen als Gehäuse für Anschluss- und Verteilerfunktion dient und dementsprechend unter anderem auch zwei Hydraulik-Anschlüsse 5 und 6 aufweist, von denen ein Anschluss die Druckseite und der andere Anschluss die drucklose Seite der Axialkolbenmaschine bildet.

In dem Gehäuseteil 3 ist unter anderem eine mit einem Zahnrad 7 versehene Welle (Triebflanschwelle) 8 drehbar gelagert. Das Zahnrad 7, welches durch eine Öffnung des Gehäuseteils 3 zugänglich ist, bildet - je nach Verwendung der Axialkolbenmaschine 1 - ein antreibendes oder angetriebenes Zahnrad. An dem dem Schwenkrahmen oder Gehäuseteil 4 zugewandten Ende besitzt die Welle 8 eine Triebflansch oder einen Hubscheibe 10, an welchem jeweils über Kugelgelenke 1 1 Kolben 12 mit ihren Kolbenstangen angelenkt sind. Die Kugelgelenke 1 1 , deren Mittelpunkte eine Wirkebene der Hubscheibe 10 definieren, sind im Bereich des Umfangs der Hubscheibe 10 in gleichen Winkelabständen um die Achse der Welle 8 verteilt vorgesehen. Durch die Kugelgelenke 1 1 sind die Kolben 12 an der Hubscheibe 10 druck- und zugfest gehalten.

Das Gehäuseteil 4 ist am Gehäuseteil 3 um eine Schwenk- oder Gelenkachse SW schwenkbar vorgesehen (Doppelpfeil A). Die Schwenk- oder Gelenkachse SW schneidet die Achse der Welle 8 und liegt bei der dargestellten Ausführungsform auch in der Wirkebene der Hubscheibe 10. Für das Schwenken des Gehäuseteils 4 um die Achse SW ist ein motorisches Stellglied 13 vorgesehen, welches bei der dargestellten Ausführungsform hydraulischer Stellzylinder ist. Im Gehäuseteil 4 ist ein Lagerelement 14 aufgenommen, in welchem eine Zylindertrommel 15 um ihre Trommelachse drehbar gelagert ist. Über eine Gelenkwelle 16 ist die Zylindertrommel 15 antriebsmäßig mit der Welle 8 verbunden.

In der Zylindertrommel 15 sind um die Achse der Zylindertrommel 15 (Trommelachse) verteilt mehrere Zylinder 1 7 für jeweils einen Kolben 12 gebildet, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform insgesamt zehn Zylinder 17, die mit ihrer Zylinderachse jeweils parallel zur Trommelachse orientiert sind, gegenüber der Trommelachse aber radial versetzt sind. Jeder Zylinder 1 7 besitzt an seinem der Hubscheibe 10 entfernt liegenden Boden jeweils eine Öffnung 18, die je nach Drehstellung der Zylindertrommel 15 über einen Steuerspiegel mit einer Steueröffnung 19 bzw. 20 in Verbindung steht. Die beiden Steueröffnungen 19 und 20 sind jeweils als teilkreisförmige Schlitze im Boden des napfartigen Lagerelementes 14 ausgeführt und münden in einen Zylinderraum 21 bzw. 22 eines Ausgleichzylinders 23 bzw. 24.

Hierbei sind beispielsweise die Steueröffnung 19 und der zugehörige Zylinderraum 21 des Ausgleichszylinders 23 der Druckseite und die Steueröffnung 20 und der zugehörige Zylinderraum 22 des Ausgleichszylinders 24 der drucklosen Seite zugeordnet. Die Zylinderräume 21 und 22 sind durch die Kolben 25 bzw. 26 der Ausgleichszylinder 23 bzw. 24 mit Kanälen 27 bzw. 28 im Gehäuseteil 4 und über diese sowie über jeweils eine Drehkupplung 29 bzw. 30, die in einem die Schwenkachse SW bildenden Gelenkbolzen 31 ausgebildet ist, mit Leitungen oder Kanälen 32 bzw. 33 verbunden, die zu den äußeren Anschlüssen 5 bzw. 6 führen. Die Kolben 25 und 26 sind hierfür hülsenartig ausgeführt.

Eine Besonderheit der Axialkolbenmaschine 1 besteht darin, dass das Lagerelement 14 mit der in diesem Lagerelement mittels des Lagers 34 gelagerten Zylindertrommel 15 und mit einem am Boden des Lagerelementes 14 vorgesehenen Verlängerung 14.1 , in der die Zylinderräume 21 und 22 der beiden Ausgleichszylinder 23 und 24 gebildet sind, in Richtung der Trommelachse axial verschiebbar vorgesehen sind, und zwar relativ zu dem Gehäuseteil 4 sowie zu einem rückwärtigen Abschnitt 4.1 dieses Gehäuseteils, an dem die Kolben 25 und 26 mit ihrem den Zylinderräumen 21 und 22 entfernt liegenden Enden gehalten sind.

Über zwei identisch ausgebildete Koppelglieder 36, die an zwei einander gegenüberliegenden Seiten des Lagerelementes 14 vorgesehen sind, wird die axiale Bewegung (Doppelpfeil B) des Lagerelementes 14, der Zylindertrommel 15 und der die Zylinderräume 21 und 22 aufweisenden Verlängerung 14.1 in Abhängigkeit von der Schwenkbewegung (Doppelpfeil A) des Gehäuseteils 4 gesteuert. Die beiden identisch ausgebildeten Koppelglieder 36 sind bei der dargestellten Ausführungsform dreieckförmig ausgeführt und liegen mit ihren Oberflächenseiten in Ebenen senkrecht zur Schwenkachse SW. Weiterhin sind die beiden Koppelglieder 36 jeweils an einer Lageröffnung 36.1 über eine Gelenk 35 am Lagerelement 14 angelenkt. Beide Gelenke 35 sind achsgleich angeordnet, die gemeinsame Achse dieser Gelenke liegt parallel zur Achse SW und schneidet die Trommelachse der Zylindertrommel 15.

Jedes Koppelglied 36 besitzt zusätzlich zu der Lageröffnung 36.1 zwei Ausnehmungen 36.2 und 36.3, die bei der dargestellten Ausführungsform jeweils halbkreisförmig ausgebildet sind. Die Mittelpunkte der Lageröffnung 36.1 und der Ausnehmungen 36.2/36.3 bilden die Eckpunkte eines gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecks.

An dem Gehäuseteil 3 sind seitlich von der Hubscheibe 10 zwei Paare von Anschlägen 37 und 38 vorgesehen, die bei der dargestellten Ausführungsform als Zapfen ausgebildet und mit ihren Zapfenachsen parallel zur Schwenkachse SW orientiert sind, und zwar derart, dass jeder Anschlag 37 bzw. 38 eines Paares achsgleich mit dem entsprechenden Anschlag des anderen Paares angeordnet ist. Die Anschläge 37 und 38 sind weiterhin jeweils beidseitig von einer die Achse der Welle 8 und die Schwenkachse SW einschließenden Ebene angeordnet und in gleichem Abstand von dieser Ebene, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform so, dass die Achsen der beiden Anschläge 37 und die Achsen der beiden Anschläge 38 jeweils in etwa tangential zu der Kreisbahn, auf der sich die Mittelpunkte der Kugelgelenke 11 bewegen, und etwa in der Wirkebene der Hubscheibe 10 liegen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Achsen der Anschläge 37 und 38 jeweils etwas gegenüber dieser idealen Lage versetzt vorgesehen.

In der Ausgangsstellung oder neutralen Stellung des Gehäuseteils 4, die in den Figuren 7 und 10 dargestellt ist und die dem Schwenkwinkel 0 entspricht, liegen die Koppelglieder 36 mit beiden Ausnehmungen 36.2 und 36.3 jeweils gegen einen

Anschlag 37 bzw. 38 an. Die Koppelglieder 36 befinden sich damit in einer Stellung symmetrisch zu einer die Achse der Welle 8 und die Schwenkachse SW einschließenden Ebene, in der dann auch die Achse der Gelenke 35 und die Achse der Zylindertrommel 15 angeordnet sind.

Wird nun entsprechend den Figuren 8 bzw. 11 das Gehäuseteil 4 durch den Stellzylinder 13 beispielsweise nach oben geschwenkt, so bleibt die Ausnehmung 36.2 jedes Koppelgliedes 36 mit dem zugehörigen Anschlag 37 in Eingriff, während die Ausnehmungen 36.3 von den zugehörigen Anschlägen 38 freikommen womit zusätzlich zur Schwenkbewegung um die Schwenkachse SW ein über die

Koppelglieder 36 gesteuertes axiales Verschieben des Lagerelementes 14 und der Zylindertrommel 15 in der Weise erfolgt, dass die resultierende Bewegung eine Schwenkbewegung der Zylindertrommel 15 um die gemeinsame Achse der Anschläge 37 auf einer Kurve 39 ist, die im Idealfall einem Kreisbogen entspricht (Fig. 14 und 15).

Bei deinem Schwenken des Gehäuseteils 4 aus der neutralen Stellung (Figuren 7 und 10) in entgegengesetzter Richtung bleiben die Ausnehmungen 36.3 der Koppelglieder 36 mit ihren zugehörigen Anschlägen 38 in Eingriff, während die Ausnehmungen 36.2 von den zugehörigen Anschlägen 37 freikommen, sodass die Zylindertrommel 15 auf einer Bewegungsbahn bzw. Kurve 40 bewegt wird, die wiederum im Idealfall einem Kreisbogen um die Achse der Anschläge 38 entspricht (Figuren 14 und 16).

Um sicher zu stellen, dass die Koppelglieder 36 in der vorbeschriebenen Weise zuverlässig mit den Anschlägen 37 und 38 in Eingriff stehen, sind beispielsweise zwischen dem Lagerelement 14 oder dessen Verlängerung 14.1 und dem Abschnitt 4.1 des Gehäuseteils 4 wirkende Federmittel vorgesehen, die das Lagerelement 14 bzw. die Zylindertrommel 15 in Richtung der Hubscheibe 10 vorspannen oder aber durch hydraulische Maßnahmen ist eine gewisse Vorspannung erreicht, und zwar beispielsweise dadurch, dass der Querschnitt der Zylinder 23 bzw. 24 jeweils etwas größer ist als der Gesamtquerschnitt der maximal mit diesen jeweils in Verbindung stehenden Zylinder 1 7.

Durch die Steuerung der Axialbewegung der Zylindertrommel 15 über die

Koppelglieder 36 wird das Volumen der Zylinderräume 21 und 22 mit zunehmenden Schwenken des Gehäuseteils 4 aus der neutralen Stellung zunehmend reduziert. Gleichzeitig wird durch die Steuerung der Axialbewegung der Zylindertrommel 15 über die Koppelglieder 36 auch erreicht, dass in der neutralen Stellung, aber auch in jeder Schwenkstellung des Gehäuseteils 4, also in jedem Betriebszustand der

Axialkolbenmaschine 1 der bei vollständig eingefahrenen Kolben 12 in den jeweiligen Zylinder 1 7 verbleibende Totraum möglichst klein ist, im Idealfall das Volumen dieses Totraumes vernachlässigbar klein ist, obwohl der wirksame Hubraum bzw. das wirksame Volumen jedes Zylinders 17 mit zunehmenden Schwenken des Gehäuseteils 4 aus der neutralen Stellung zunimmt. Durch die gegenläufige Abnahme des

Volumens der Zylinderräume 21 und 22 erfolgen eine Volumenkompensation sowohl an der Druckseite als auch an der Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine, sodass trotz der Totraumkompensation kein Verdrängen von Hydraulikmedium aus dem Kreislauf, insbesondere auch kein Verdrängen von Hydraulikmedium unter Druck notwendig ist. Die Stell- oder Schwenkbewegung des Gehäuseteils 4 sind also nur geringe Kräfte erforderlich.

Um diese Volumenkompensation zu erreichen, ist das Volumen der Zylinderräume 21 und 22 derart gewählt, dass jeder Zylinderraum jeweils das bei der

Totraumkompensation verdrängte Volumen sämtlicher Arbeitszylinder 17, die mit dem betreffenden Zylinderraum 21 bzw. 22 über die zugehörige Steueröffnung 19 bzw. 20 in Verbindung stehen, aufnehmen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist für die Hochdruckseite und Niederdruckseite jeweils ein Ausgleichszylinder 23 bzw. 24 vorgesehen. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, für die Hochdruckseite die Niederdruckseite jeweils zwei oder mehr als zwei Ausgleichszylinder 23 bzw. 24 parallel zu verwenden, um so die Volumenkompensation zu erreichen.

Die Arbeitsweise der Axialkolbenmaschine 1 entspricht zunächst derjenigen von herkömmlichen Maschinen, die eine schwenkbare, um ihre Achse angetriebene Zylindertrommel und über eine Hubscheibe bzw. über einen Triebflansch betätigte Kolben 12 aufweisen. Insbesondere eignet sich die Axialkolbenmaschine 1 als Pumpe, die über den einen Anschluss und die Verbindung 32/27 das Hydraulikmedium unter Druck liefert und der das drucklose Hydraulikmedium über die Verbindung 28/33 und den zugehörigen Anschluss zugeführt wird.

Befindet sich das Gehäuseteil 4 in der neutralen Stellung (Fig. 7 bzw. 10), so ist einen axiale Bewegung der Kolben 12 innerhalb der Zylinder 17 nicht möglich, d.h. die Leistung der Pumpe bzw. das von der Pumpe geförderte Volumen ist trotz umlaufender Welle 8 gleich Null. Wird das Gehäuseteil 4 aus dieser neutralen Stellung durch den Stellzylinder 13 in der einen Richtung geschwenkt, beispielsweise entsprechend den Figuren 8 und 11, so erfolgt bei umlaufender Welle 8 eine axiale Bewegung der Kolben 12 in ihren Zylindern 17. Die Größe des Hubs der Kolben 12 innerhalb ihrer Zylinder 17 ist dabei abhängig von der Schwenkstellung des Gehäuses, sodass bei Verwendung der Axialkolbenmaschine als Pumpe diese an einem Anschluss das Hydraulikmedium unter Druck liefert und das geförderte Volumen des Hydraulikmediums je Zeiteinheit abhängig ist von der Schwenkstellung des Gehäuseteils 4.

Beim Schwenken des Gehäuseteils 4 aus der neutralen Stellung in die andere Richtung, beispielsweise entsprechend der Figuren 9 bzw. 12 liefert die Axialkolbenmaschine bei ihrer Verwendung als Pumpe an dem anderen Anschluss das Hydraulikmedium unter Druck, wobei die Menge bzw. das Volumen des je Zeiteinheit an diesem Anschluss gelieferten Hydraulikmediums wiederum abhängig ist von der Schwenkstellung des Gehäuseteils 4, also durch das Schwenken eine Volumensteuerung möglich ist.

Die Welle 8 wird bei der Anwendung der Axialkolbenmaschine 1 als Pumpe über das Zahnrad 7 angetrieben.

Die Axialkolbenmaschine 1 eignet sich aber auch als Antrieb oder Motor. Bei dieser Anwendung wird der Axialkolbenmaschine über den einen Anschluss und die Verbindung 32/27 das Hydraulikmedium unter Druck zugeführt. Das drucklose Hydraulikmedium fließt über die Verbindung 28/33 und den zugehörigen anderen Anschluss ab. Befindet sich das Gehäuseteil in der neutralen Stellung (Figuren 7 bzw. 10) ist wiederum eine axiale Bewegung der Kolben 12 innerhalb ihrer Zylinder 1 7 nicht möglich. Der von dem Antrieb gelieferte Drehmoment ist Null. Wird das Gehäuseteil 4 aus der neutralen Stellung durch den Stellzylinder 13 in der einen Richtung geschwenkt, beispielsweise entsprechend den Figuren 8 und 1 1 , so ist eine axiale Bewegung der Kolben 12 in ihren Zylindern 17 möglich, sodass die Welle 8 dann in der einen Richtung dreht. Bei einem Schwenken des Gehäuseteils aus der neutralen Stellung in die andere Richtung, beispielsweise entsprechend den Figuren 9 bzw. 12 erfolgt bei dieser Verwendung der Axialkolbenmaschine 1 ein Drehen der Welle 8 über die an der Hubscheibe 10 angreifenden Kolben 12 in der anderen Richtung. Durch die Wahl der Größe des Schwenkwinkels ist somit u.a. eine Drehmoment- sowie auch Leistungssteuerung möglich.

In den Figuren 1 7 - 22 ist als weitere mögliche Ausführungsform eine

Axialkolbenmaschine 1 a dargestellt, die sich von der Axialkolbenmaschine 1 im Wesentlichen nur durch die Koppel- oder Steuerelemente für die gesteuerte axiale Verschiebung der Zylindertrommel 15 unterscheidet, d. h. anstelle der Koppelglieder 36 sind zwei Koppelglieder 36a vorgesehen, die wiederum über die Gelenke 35 an dem Lagerelement 14 angelenkt sind. Jedes Koppelglied 31 a weist zusätzlich zu der Lageröffnung 36a.1 zwei Gelenke 36a.2 bzw. 36a.3 auf, an denen jeweils ein Ende eines Steuerhebels 41 bzw. 42 angelenkt ist. Von den sich kreuzenden Hebeln 41 und 42 ist der mit dem Gelenk 36a.2 verbundene Hebel an seinem anderen Ende über ein Gelenk 43 am Gehäuseteil 3 und der mit dem Gelenk 36a.3 verbundene Hebel mit seinem anderen Ende über ein Gelenk 44 am Gehäuseteil 3 angelenkt. Die Achsen sämtlicher Gelenke 35, 36a.2, 36a.3, 43 und 44 liegen parallel zueinander und parallel zu der von der Achse der Welle 8 und der Schwenkachse SW definierte Ebene. Die Hebel 41 und 42 besitzen die selbe Länge. Die Achsen der Gelenke 43 und 44 sind im Bezug auf diese Ebene sowie im Bezug auf die Umlaufbahn der Kugelgelenke n und der Wirkebene der Hubscheibe 10 in gleicher Weise angeordnet, wie dies für die Achsen der zapfenartigen Anschläge 37 und 38 beschrieben wurde. Die Lageröffnung 36a.1 sowie die Gelenke 36a.2 und 36a.3 bilden die Eckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks. Bei in der neutralen Schwenkstellung befindlichem Gehäuseteil 4 (Figur 17) bilden die Gelenke 36a.2, 36a.3, 43 und 44 die Eckpunkte eines Quadrats oder Rechtecks und die Achsen der Gelenke 36a.2 und 36a.3 bzw. die Achsen der Gelenke 43 und 44 besitzen jeweils den selben Abstand von der durch die Achse der Welle 8, die Achse der Zylindertrommel 15 und der Schwenkachse SW definierten Ebene. Beim Schwenken des Gehäuseteils 4 erfolgt durch die von der Koppel 36a und den beiden Hebeln 41 und 42 gebildeten Steuerelemente wiederum ein von der Schwenkstellung des Gehäuseteils 4 abhängiges axiales Verschieben des Lagerelementes 14 und der Zylindertrommel 15, und zwar derart, dass sich entsprechend den Darstellungen der Figuren 20 - 22 die Achse der beiden Gelenke 35 und damit die Zylindertrommel 15 je nach Schwenkrichtung auf Kurven 39a bzw. 40a bewegen, die wiederum dem für die optimale Totraumkompensation in den Arbeitszylindern 17 und für die gleichzeitige Volumenkompensation idealen Kreisbogen um die Achse des Gelenkes 44 (bei einem Schwenken des Gehäuseteils 4 nach oben) bzw. um die Achse des Gelenkes 43 (bei einem Schwenken des Gehäuseteils nach unten) in optimaler Weise angenähert ist. Auch bei der Axialkolbenmaschine 1 a, die wiederum als Antrieb mit der Möglichkeit einer Änderung der Drehrichtung geeignet ist, ist die Volumenkompensation durch die Ausgleichszylinder 23 und 24 erreicht.

Die Figuren 23 - 25 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform eine Axialkolbenmaschine 1 b, bei der ein Schwenken des Gehäuseteils 4 aus der neutralen Stellung nur in einer Richtung möglich ist und bei der die Steuermittel für die Totraumkompensation von zwei Hebeln 45 gebildet ist, die jeweils mit einem Ende an dem Gelenk 37 und mit dem anderen Ende an dem Gelenk 43 angelenkt sind. Beim Schwenken des Gehäuseteils 4 erfolgt eine Bewegung der Zylindertrommel 15 auf der Kurve 40b, die dem für eine optimale Totraumkompensation idealen Kreisbogen um die Achse der Gelenke 43 entspricht (Figur 25).

Die Figur 26 zeigt eine Axialkolbenmaschine 1 c, die sich von der

Axialkolbenmaschine 1 im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass an beiden Seiten des Gehäuseteils 3 jeweils ein Gehäuseteil 4 schwenkbar vorgesehen ist. In jedem Gehäuseteil 4 ist ein Lagerelement 14 mit zugehöriger Zylindertrommel 15 und mit Kolben 12 aufgenommen. Die Kolben 12 wirken mit Hubscheiben 10 zusammen, die an den beiden Enden der im Gehäuseteil 3 gelagerten Welle vorgesehen sind. Auch die Axialkolbenmaschine 1 c ist beispielsweise wiederum als Pumpe oder Motor geeignet. Durch die Verwendung von zwei Hubscheiben 10 und zwei Zylindertrommeln 15 ist eine Kompensation der Axialkräfte der Welle 8 möglich.

Die Figur 27 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform eine Axialkolbenmaschine 1 d, die sich von der Maschine 1 c dadurch unterscheidet, dass an dem Gehäuseteil 2 beidseitig zwei Gehäuseteile 3 mit jeweils zwei schwenkbaren Gehäuseteilen 4 oder Schwenkrahmen vorgesehen sind, d. h. insgesamt also zwei Triebflanschwellen mit jeweils zwei Triebflanschen oder Hubscheiben mit zugehörigen Zylindertrommeln und Kolben.

Die Figur 28 zeigt schließlich als weitere mögliche Ausführungsform eine Axialkolbenmaschine 1 e, bei der an einem gemeinsamen Gehäuseteil 2 zwei Gehäuseteile 3 mit jeweils einer Welle und einer Hubscheibe 10 vorgesehen sind. An jedem Gehäuseteil 3 ist ein Schwenkrahmen oder Gehäuseteil 4 mit Zylindertrommel 1 5 und zugehörigen Kolben 12 schwenkbar gelagert.

Die Figur 29 zeigt nochmals in vereinfachter Darstellung und in Seitenansicht die Triebflanschwelle 8 mit jeweils einem an jedem Ende dieser Welle vorgesehenen Triebflansch 10 für eine Axialkolbenmaschine, bei der an beiden Enden der Welle 8 jeweils eine Zylindertrommel 15 vorgesehen ist, wie dies beispielsweise bei den in den Figuren 26 und 27 dargestellten Axialkolbenmaschinen 1 c bzw. 1d der Fall ist.

Wie in der Figur 30 angedeutet, sind die Kugelgelenke 1 1 bzw. die für diese Kugelgelenke an den Triebflanschen 10 vorgesehenen Lageröffnungen 1 1.1 so vorgesehen, dass bezogen auf die Achse der Welle 8 die an einem Triebflansch 10 vorgesehenen Öffnungen 1 1.1 jeweils um die halbe Teilung gegenüber den am anderen Triebflansch vorgesehenen Öffnungen 1 1.1 versetzt sind, sich bei der Darstellung der Figur 30 die Öffnungen 1 1.1 an dem einem Triebflansch und die Öffnungen 1 1 .1 am anderen Triebflansch also überlappen. Der Lage der Lageröffnungen 1 1.1 entsprechend sind auch die Zylinder 1 7 der dem jeweiligen Triebflansch 10 zugeordneten Zylindertrommeln 15 angeordnet. Diese versetzte Anordnung hat den Vorteil, dass beispielsweise bei Ausbildung der entsprechenden Axialkolbenmaschine als Pumpe, bei der die beiden Zylindertrommeln mit ihren über den Triebflansch 10 betätigten Kolben 12 parallel wirken, zu jedem Zeitpunkt die Anzahl der der Druckseite der Pumpe zugeordneten Zylinder 17 weitestgehend konstant ist, sodass Druckschwankungen und/oder Schwankungen im Volumenstrom zumindest weitestgehend vermieden sind.

Die Figuren 31 - 33 zeigen als weitere mögliche Ausführungsform eine Axialkolbenmaschine 1 f, die weitestgehend beispielsweise der Axialkolbenmaschine 1 mit den Koppelgliedern 36 entspricht und bei der zur Sicherstellung des erforderlichen Eingriffs der Koppelglieder 36 mit den Anschlägen 37 und 38 durch hydraulische Maßnahmen eine Vorspannung erreicht ist, mit der das Lagerelement 14 bzw. die Zylindertrommel 15 in Richtung der jeweiligen Hubscheibe 10 vorgespannt ist. Um den Stellzylinder 13 von aus dieser Vorspannung resultierenden und von dem jeweiligen Schwenkwinkel des Gehäuseteils 4 abhängigen Kräften zu entlasten, weist die Axialkolbenmaschine 1f eine hydraulische Entlastung- bzw.

Kraftkompensationseinrichtung auf, die bei der dargestellten Ausführungsform von einem Hydraulik-Zylinder 47 mit Kolben 48 gebildet ist.

Der Kolben 48 bzw. dessen Kolbenstange ist an einem Hebelarm 49 angelenkt, der mit dem Gehäuseteil 4 verbunden ist. Der Zylinder 47 ist an seinem kolbenstangenseitigen Ende an einem Lagerelement 52 angelenkt, welches mit dem Gehäuseteil 3 der Axialkolbenmaschine 1 f fest verbunden ist, beispielsweise Bestandteil dieses Gehäuseteils ist oder aber zusammen mit dem Gehäuseteil 3 an einem gemeinsamen Maschinenteil befestigt ist. Der Arbeits- bzw. Zylinderraum des Zylinders 47 steht über einen Leitung 53 und eine automatische Umschalteinrichtung 54 jeweils mit dem druckseitigen Anschluss 4 bzw. 5 in Verbindung.

Die Achsen der beiden Gelenke 50 und 51 liegen parallel zur Schwenkachse SW und sind so angeordnet, dass in der neutralen Stellung bzw. Nullstellung der

Schwenkbewegung des Gehäuseteils 4 die Achsen beider Gelenke 50 und 51 in einer gemeinsamen Ebene E angeordnet sind, die auch die Achse der Kolbenstange des Kolbens 48 und die Schwenkachse SW einschließt, wobei in dieser neutralen Stellung die Achse des Gelenks 51 einen etwas kleineren Abstand von der Schwenkachse SW aufweist als die Achse des Gelenks 50.

Durch diese Ausbildung wird in der neutralen Stellung des Gehäuseteils 4, in der keine Kompensation erforderlich ist, trotz eines im Zylinderraum des Zylinders 47 anstehenden hohen Druckes über diesen Zylinder kein Drehmoment auf das Gehäuseteil 4 ausgeübt. Wird das Gehäuseteil 4 geschwenkt, so entfernt sich die Achse des Gelenks 50 von der genannten gemeinsamen Ebene E, wodurch über den Zylinder 47 ein zusätzlicher Drehmoment zur Kompensation der auf den Stellzylinder 13 ausgeübten Kräfte erzeugt wird, d. h. mit der Kraftentlastung bzw. Kompensationsanordnung 46 wird einem Rückstellen des Gehäuseteils 4 entgegengewirkt, wobei die hierbei erforderliche Änderung des Kompensations- Momentes bzw. der Kompensationskraft in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Gehäuseteils 4 allein durch die Kinematik der Kompensationseinrichtung 46 erreicht ist, und zwar ohne dass eine Steuerung des dem Zylinder 47 zugeführten Hydraulikmediums mit hohem Druck erforderlich ist.

Vorstehend wurde davon ausgegangen, dass die Kompensationseinrichtung 46 nur einen einzigen Kompensations- oder Hydraulikzylinder 47 aufweist, der durch die spezielle Ausbildung der Kinematik für eine Kompensations beim Schwenken des Schwenkkörpers bzw. Gehäuseteils 4 in beiden Richtungen aus der Nullstellung dient. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, für jede Schwenkrichtung ein eigenes Kompensationselement, beispielsweise einen eigenen Kompensationszylinder vorzusehen.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e Axialkolbenmaschine

2,3,4 Gehäuseteil

4.1 Abschnitt des Gehäuseteils 4

5,6 Hydraulikanschlüsse

7 Zahnrad oder Ritzel

8 Triebflanschwelle

9 Öffnung

10 Hubscheibe oder Triebflansch

11 Kugelgelenk

12 Kolben

13 Stellzylinder

14 Lagerelement

14.1 rückwärtige Verlängerung des Lagerelementes

15 Zylindertrommel

16 Gelenkwelle

17 Zylinder

18 Zylinderöffnung

19,20 Steueröffnung

21,22 Zylinderraum

21.1,22.1 Ringfläche

23,24 Ausgleichszylinder

25,26 Kolben

27,28 Kanal oder Leitung

29,30 Drehverbindung oder- kupplung

31 Gelenkbolzen

32,33 Kanal oder Leitung

34 Lager 35 Gelenk

36, 36a Koppel

36.1 , 36a.1 Lageröffnung

36.2, 36.3 Ausnehmung

36a.2, 36a.3 Gelenk

37, 38 Anschlag

39, 39a Bewegungskurve

40, 40a, 40b Bewegungskurve

41 , 42 Hebel 4433,, 4444 Gelenk

45 Hebel

46 Kompensationseinrichtung

47 Zylinder

48 Kolben

4499 Hebelarm

50, 51 Gelenk

52 Lager

A Schwenkbewegung

BB axialer Hub

SW Schwenkachse des Schwenkrahmens oder Gehäuseteils 4 gemeinsame Ebene

Claims

Patentansprüche

Axialkolbenmaschine mit wenigstens einer Hubscheibe (10), die um eine

Hubscheibenachse drehbar an einem Gehäuseteil (3) gelagert ist, mit wenigstens einer Zylindertrommel (15), die um ihre Trommelachse drehbar an einem

Schwenkkörper (4) gelagert und antriebsmäßig mit der Hubscheibe (10) verbunden ist, wobei der Schwenkkörper oder Schwenkrahmen (4) relativ zu der Hubscheibe (10) aus einer neutralen Stellung um eine Schwenkachse (SW) verschwenkbar ist, die in einer zur Achse der Hubscheibe (10) senkrechten Ebene liegt, mit mehreren um die Trommelachse verteilten und parallel zur Trommelachse orientierten

Arbeitszylindern (17), mit in diesen Zylindern (17) angeordneten und mit der Hubscheibe (10) zusammenwirkenden Arbeitskolben (12), die im zugehörigen Arbeitszylinder (1 7) jeweils einen im Volumen variablen Arbeits- oder Zylinderraum begrenzen, wobei jeder Zylinderraum über Steueröffnungen (19, 20) an einem mit der Zylindertrommel (15) nicht mit drehenden Teil des Schwenkkörpers (4) gesteuert mit einem ersten Strömungsweg (27) für ein unter Druck stehendes Strömungsmedium oder mit einem zweiten Strömungsweg (28) für das drucklose Strömungsmedium verbindbar ist, und wobei die Zylindertrommel (15) über Steuermittel (36, 36a, 41 , 42, 45) in Abhängigkeit vom Schwenkwinkel des Schwenkkörpers (4) für eine Axialbewegung axial verschiebbar ist, und zwar derart, dass der Abstand der Zylindertrommel (15) von der Schwenkachse (SW) mit zunehmendem Schwenkwinkel aus der neutralen Stellung zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Strömungswegen (27, 28) jeweils wenigstens ein Ausgleichszylinder (23, 24) mit einem Zylinderraum (21 , 22) und einem Kolben (25, 26) vorgesehen ist, und dass die Kolben der Ausgleichszylinder (23, 24) durch die Axialbewegung der Zylindertrommel (15) derart gesteuert werden, dass mit zunehmendem Schwenkwinkel des Schwenkkörpers (4) aus der neutralen Stellung das Volumen der Zylinderräume (21 , 22) der Ausgleichszylinder (23, 24) abnimmt.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der neutralen Stellung die Trommelachse parallel zur Hubscheibenachse liegt.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Schwenkstellung des Schwenkkörpers (4) das Volumen des wenigstens einen mit einem Strömungskanal (27 , 28) in Verbindung stehenden Zylinderraumes (21 , 22) des Ausgleichszylinders (23, 24) wenigstens gleich dem Volumen sämtlicher mit diesem Strömungskanal in Verbindung stehender Arbeitszylinder ist.

4. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (25, 26) der Ausgleichszylinder (23, 24) an dem Schwenkkörper (4, 4.1 ) und die Zylinder oder die von diesen Zylindern gebildeten Zylinderräume (21 , 22) der Ausgleichszylinder (23, 24) an einem axial mit der Zylindertrommel (15) mit bewegten Element (14.1) vorgesehen sind.

5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderräume (21, 22) der Ausgleichszylinder (23, 24) an dem Schwenkkörper (4) vorgesehen sind, und dass die Kolben (25, 26) der Ausgleichszylinder (23, 24) an einem mit der Zylindertrommel (15) mit bewegten Element vorgesehen sind.

6. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mit der Zylindertrommel (15) axial mit bewegte Elemente ein Steuer- oder Lagerkörper (14) ist.

7. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (25, 26) der Ausgleichszylinder (23, 24) jeweils eine einen Teil des Strömungsweges bildende axiale Bohrung aufweisen.

8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (25, 26) der Ausgleichszylinder hülsenartig ausgebildet sind.

9. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Strömungskanal (27, 28) wenigstens zwei Ausgleichszylinder (23, 24) vorgesehen sind.

10.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelemente (36, 36a, 41, 42, 45) die Zylindertrommel (15) beim Schwenken des Schwenkkörpers (4) auf einer Bewegungsbahn (39, 39a, 40, 40a, 40b) bewegen, die zumindest annähernd einer Kreisbahn um eine Achse entspricht, die parallel zur Schwenkachse (SW) innerhalb eines von der Achse der Hubscheibe (10) und der Achse der Zylindertrommel (15) gebildeten Winkels liegt.

11. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Bewegungsbahn einen Abstand von der Achse der Zylindertrommel (15) aufweist, der gleich oder etwa gleich dem Achsabstand der Arbeitszylinder (17) von der Achse der Zylindertrommel (15) ist.

12. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Bewegungsbahn zumindest annähernd in Wirkebene der Steuerscheibe (10) liegt, in der die Kolben (12) der Arbeitszylinder mit der Hubscheibe zusammenwirken.

13.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuermittel für die Axialbewegung von wenigstens einem Koppelglied (36) und/oder von einer ein Koppelglied (36a) und Schwenkhebel (41, 42) aufweisenden Steuerhebelanordnung gebildet sind.

14.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Hubscheibe (10) an einem Ende einer in einem Gehäuse (3) gelagerten Welle (8) vorgesehen ist.

15.Axialkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an zwei Enden der Welle (8) jeweils eine Hubscheibe (10) vorgesehen ist, und dass jede Hubscheibe (10) mit Kolben (12) einer Zylindertrommel (15) an einem Schwenkkörper (4) zusammenwirkt.

16.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Wellen (8) mit jeweils wenigstens einer Hubscheibe (10) in einem gemeinsamen Gehäuse (2, 3) drehbar gelagert sind, und dass jede Hubscheibe (10) mit Kolben (12) einer an einem Schwenkkörper (4) vorgesehenen Zylindertrommel (15) zusammenwirken.

17.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen der Schwenkkörper parallel oder achsgleich zueinander angeordnet sind.

18.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Wellen (8) parallel zueinander angeordnet sind.

19.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskolben (12) über Gelenke (1 1) für eine Übertragung von Druck und Zugkräften mit der Hubscheibe (10) verbunden sind.

20.Axialkolbenmaschine, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Antrieb bzw. Motor.

21.Axialkolbenmaschine, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Pumpe.

22.Axialkolbenmaschine, gekennzeichnet durch ihre Ausbildung als Antrieb mit wenigstens einer Pumpe und einem Motor.

23.Axialkolbenmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffspunkte (1 1 , 1 1.1 ) der Kolben (12) an den beiden Hubscheiben (10) um die Achse der Welle (8) versetzt vorgesehen sind.

24.Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schwenken des Schwenkkörpers oder Schwenkrahmens (4) ein Stellglied (13) vorgesehen ist, und dass zusätzlich zu diesem Stellglied eine Kompensationseinrichtung (46) vorgesehen ist, und zwar zur Kompensation eines auf den Schwenkkörper oder Schwenkrahmens (4) einwirkenden Rückstellmomentes oder einer entsprechenden Rückstell kraft.

25.Axialkolbenmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationseinrichtung von wenigstens einem Hydraulik-Zylinder (47) gebildet ist, dessen Zylinderraum über eine Steuer- oder Umschalteinrichtung (54) jeweils mit der Druckseite der Axialkolbenmaschine in Verbindung steht, und dass der Angriffspunkt des Zylinders (47) bzw. eines Kolbens (48) am Schwenkkörper (4) so gewählt ist, dass in einer neutralen Stellung der Schwenkbewegung des Schwenkkörpers (4) die Achse des Zylinders (47) sowohl den Angriffspunkt dieses Zylinders am Schwenkkörper (4) als auch die Schwenkachse (SW) des Schwenkkörpers (4) schneidet und eine gemeinsame Ebene (E) definieren, und dass mit zunehmenden Schwenken des Schwenkkörpers (4) aus der neutralen Stellung sich der Angriffspunkt (50) des Zylinders (47) am Schwenkkörper (4) zunehmend vergrößert.