DE102009005390A1

DE102009005390A1 - Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise

Info

Publication number: DE102009005390A1
Application number: DE200910005390
Authority: DE
Inventors: Raimund Roth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-07-22
Also published as: CN102292541A; CN102292541B; US8850953B2; EP2389514A1; WO2010083861A1; US20110271828A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Triebwelle, die mit einem Triebflansch endet, der triebwellenabseitig eine Stirnfläche aufweist, in der Kugelschalen zur Aufnahme von Kolbenköpfen ausgebildet sind, in welchen die Kolbenköpfe mittels verformbaren Ringen in den Kugelschalen drehbar gehalten sind. Es stellt sich die uweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass eine Druckentlastung des Kugelkopfes in allen Fällen gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Ringe an der Innenfläche mindestens eine Nut aufweisen, die einen die Ringstirnseiten miteinander verbindenden Verlauf hat.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist.
Bekannte Axialkolbenmaschinen dieser Bauart besitzen ein Triebwerk, das als wesentliche Bauteile eine drehbar gelagerte Triebwelle mit einem angeformten Triebflansch, einer Zylindertrommel mit in axial verlaufenden Zylinderbohrungen geführten, längsverschiebbaren Kolben und einen Steuerkörper umfasst. Die in den Zylinderbohrungen längsverschiebbar geführten Kolben weisen je am freien Ende nach der Ausbildung eines Halses einen kugelförmigen Kolbenkopf auf, der in einer im Triebflansch ausgebildeten Kugelschale drehbeweglich aufgenommen ist. Für alle Kolbenköpfe ist eine Rückzugscheibe vorgesehen, die die Kolbenköpfe hintergreift und somit daran hindert, aus den Kugelschalen herauszugleiten. Allerdings ist die Herstellung und Montage der Rückzugscheibe aufwendig. Bei der Herstellung müssen die Rückzuglochwände derart ausgeführt werden, dass während des Funktionsbetriebes Reibung und Verschleiß gering gehalten werden. Zur lösbaren Befestigung der Rückzugscheibe sind weitere Lochbohrungen in der Scheibe zur Aufnahme von Schrauben erforderlich. Zusätzliche Gewindelöcher in der Triebscheibe zur Aufnahme der Befestigungsschrauben sind notwendig.
Um dem entgegenzuwirken, ist es bekannt, die Rückzugplatte durch einzelne, die kugelförmigen Kolbenköpfe drehbar haltende Lagermetallringe zu ersetzen. Die DT 20 61 906 oder die DT 24 02 066 A1 zeigen jeweils eine solche Lösung auf. Die Kugelschale ist hier mit einer Erweiterung vorgesehen, in die ein Lagermetallring eingedrückt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzuentwickeln, dass eine Druckentlastung des Kugelkopfes in allen Fällen gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird für eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff durch eine zusätzliche Ausstattung mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.
Bei einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ist an der Innenfläche der Rückzugsringe mindestens eine Nut vorgesehen, die einen die Ringstirnseiten miteinander verbindenden Verlauf hat.
Das Einbringen einer Nut in einen Rückzugring erfolgt besonders einfach und schnell. Ein derart ausgestalteter Rückzugring ermöglicht während des Umsteuervorganges eine Druckentlastung zum Leckölraum. Die sogenannte Entlastungsnut führt zu einer Verbesserung der hydrostatischen Entlastung und zu einer reduzierten Reibwirkung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Nut einen spiralförmigen Verlauf auf. Die Nut kann mit einem einfachen Werkzeug direkt bei der Erstellung des Ringes eingedreht werden. Das Werkzeug wird fixiert und der Ring wird herausgedreht. Dadurch entsteht auf einfache Weise und kostengünstig die spiralförmige Nut.
Auch andere Möglichkeiten des Verlaufes der Entlastungsnut sind denkbar, beispielsweise können eine oder mehrere Nuten einen axialen Verlauf haben.
Vorzugsweise erweitert sich der Innendurchmesser des Ringes am kolbenkopfseitigen Ende radial, sodass eine Verschwenkung der Kolben gegen den Triebflansch nicht durch den Ring begrenzt ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in Schrägbauweise ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch ein Triebwerk einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,
2 einen Längsschnitt durch einen kugelförmigen Kolbenkopf entsprechend einem Detailausschnitt A aus 1,
3 einen Längsschnitt durch einen Triebflanschabschnitt von der Stirnseite des Triebflansches bis zu einer radialen Erweiterung zweier Kugelschalen und
4 einen Längsschnitt durch einen Rückzugring.
Das in 1 dargestellte Triebwerk 1 einer Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise umfasst als wesentliche Bauteile eine drehbar gelagerte Triebwelle 2 mit einem angeformten Triebflansch 3, einer Zylindertrommel 4 mit in axial verlaufenden Zylinderbohrungen 5 geführten, längsverschiebbaren Kolben 6 und einen Steuerkörper 7. Die Zylindertrommel 4 ist zwischen dem Triebflansch 3 und dem Steuerkörper 7 angeordnet und stützt sich steuerkörperseitig mit einer konkaven Lagerfläche 8 an der ihr zugewandten, konvexen Steuerfläche 9 des Steuerkörpers 7 ab. Triebflanschseitig ist die Zylindertrommel 4 über einen Zentrierzapfen 10 am Triebflansch 3 drehbar und – insbesondere zur Einstellung des Arbeitshubes der Kolben 6 – verschwenkbar gelagert.
Der Zentrierzapfen 10 ragt in eine zentrale Zylinderbohrung 11 hinein und wird durch eine Druckfeder 12, die zwischen dem Zentrierzapfen 10 und der Zylindertrommel 4 angeordnet ist, an den Triebflansch 3 gedrückt. Die in der Zylindertrommel 4 axial verlaufenden und gleichmäßig auf einem Teilkreis verteilten Zylinderbohrungen 5 münden über Kanäle 13 an der konkaven Lagerfläche 8 der Zylindertrommel 4 aus und verbinden bei Drehung der Trommel 4 die Zylinderbohrungen 5 über nicht dargestellte Steuernieren mit einem nicht dargestellten Druck- und Saugstutzen. Die in den Zylinderbohrungen 5 längsverschiebbar geführten Kolben 6 sind kegelförmig ausgeführt. Die zylindertrommelabseitigen Enden der Kolben 6 weisen je an ihrem freien Ende nach der Ausbildung eines Kolbenhalses 14 Kugelköpfe 15 auf, die in Kugelschalen 16, die im Triebflansch 3 ausgebildet sind, drehbeweglich aufgenommen sind und mittels Rückzugringen 17 fixiert sind. 2 zeigt einen Detailausschnitt A aus 1, der einen Kugelkopf 15, der in einer Kugelschale 16 mit einem Rückzugring 17 drehbeweglich fixiert ist, umfasst. Der Kugelkopf 15 weist einen Scheitel 20 und einen Äquatorkreis 21 auf. Der Mittelpunkt des Äquatorkreises 21 entspricht dem Mittelpunkt des Kugelkopfes 15. Der Äquatorkreis 21 schließt mit der Kolbenachse 22 einen 90°-Winkel ein und trennt eine obere, den Scheitel einschließende Halbkugel 23 von einer unteren Halbkugel 24. Die Kugelschale 16 geht über die obere Halbkugel 23 des Kugel kopfes 15 hinaus. Die obere Halbkugel 23 passt genau in die Kugelschale 16. Auf Höhe des Äquatorkreises 21 des Kugelkopfes 15 springt der Innendurchmesser der Kugelschale 16 radial zurück und wird dadurch größer. Die Form der Kugelschale 16 ab dem radialen Rücksprung 30 bis zu einer Öffnung der Kugelschale 16 ist in 3 dargestellt. Ein zylindrischer Übergang 31 verbindet den radialen Rücksprung 30 mit einem zweiten radialen Rücksprung 32. Ab diesem Rücksprung 32 weist die Kugelschale 16 zur Stirnseite des Triebflansches 3 hin einen kugelförmigen Verlauf mit erweitertem Innenradius 33 auf und endet mit einer Kreisöffnung 34, die kegelstumpfförmig in einem Winkel von 30° abgeschrägt ist. Nach dem Einsetzen des Kolbenkopfes 15 in die Kugelschale 16 entsteht ab dem Äquatorkreis 21 zwischen der Kugelschale 16 und dem Kolbenkopf 15 ein Ringspalt 36, in welchen der Rückzugring 17 eingepresst wird, um den Kolbenkopf 15 in der Kugelschale 16 drehbar zu halten.
Gemäß 4 hat der Rückzugring 17 an der kolbenseitigen Innenkante eine kegelstumpfförmige Abschrägung 40 in einem 30°-Winkel, die eine Tiefe von 5 mm aufweist. Der Rückzugring weist eine v-förmige Spiralnut 41 auf, die ermöglicht, dass bei eingepresstem Zustand Betriebsmittel von der inneren, kolbenkopfseitigen Ringstirnfläche 42 zur äußeren, kolbenhalsseitigen Ringstirnfläche 43 strömen kann.
Gemäß 2 hat jeder Kolbenkopf 15 eine taschenförmige Öffnung 25, von der abgehend eine Spiralnut 26 in einer umlaufenden Ringnut 27 oberhalb des Äquatorkreises 21 endet. Die taschenförmige Öffnung 25 im Scheitel 20 des Kolbenkopfes 15 ist über eine Drosselstelle 28 und eine anschließende Kolbendurchgangsbohrung 29 mit einem Arbeitsraum 18 in der Zylinderbohrung 5 in Verbindung steht. Auch die Kugelschale 16 hat eine zur Längsachse der Kugelschale 16 symmetrisch verlaufende taschenförmige Ausnehmung 35, die größeren Durchmessers ist, als der Durchmesser der taschenförmigen Öffnung 25 im Scheitel 20 des Kugelkopfes 15.
Der Betrieb der Axialkolbenmaschine erfolgt in bekannter Weise und wird deshalb nicht weiter beschrieben.
Der dem Schwenkwinkelbereich der Axialkolbenmaschine entsprechende Bereich der konkaven Kugelschalenfläche stellt eine Lagerfläche 45 dar, an der sich die Kugelkopffläche mit einer Lagergegenfläche als definierte Entlastungsfläche 46 durch ein sich in einem Lagerspalt 48 entstehendes Druckfeld 49 abstützt. Die Entlastungsfläche 46 eines hieraus resultierenden hydrostatischen Lagers 47 ist durch die umlaufende Nut 27 auf der oberen Halbkugel 23 begrenzt.
Um das Druckfeld 49 aufzubauen, strömt Betriebsmittel vom Arbeitsraum 18 durch die Kolbendurchgangsbohrung 29 über die Drosselstelle 28 in die taschenförmige Öffnung 25 im Kolbenkopf 15. Vor der Drossel 28 herrscht Versorgungsdruck, an der Entlastungsfläche 46 stellt sich ein bestimmter Zulaufdruck ein. Das Druckfeld 49 nimmt die Kolbenkraft auf und verhindert somit eine metallische Berührung zwischen dem Kugelkopf 15 und der konkaven Kugelschalenfläche 45. Wenn die Kolbenkraft zunimmt, wird der Lagerspalt 48 kleiner. Der Zulaufdruck steigt, bis die Druckdifferenz an der Drossel 28 nahezu null ist, d. h. der Zulaufdruck entspricht in etwa dem Versorgungsdruck. Jetzt ist das Lager 47 hydrostatisch entlastet. Wenn die Kolbenkraft abnimmt, wird der Lagerspalt 48 größer, der Zulaufdruck sinkt und nähert sich dem Versorgungsdruck, bis das Lager 47 bei annähernd gleichen Drücken hydrostatisch entlastet ist.
Während des Umsteuervorganges von Hochdruck zu Niederdruck fällt der Versorgungsdruck schlagartig ab, während der Zulaufdruck noch sehr hoch ist. Jetzt wird der Kugelkopf 15 in den Rückzugring 17 gedrückt und Betriebsmittel kann über die Spiralnut 41 im Rückzugring 17 in einen Leckölraum 50 abfließen. Der Zulaufdruck fällt und bei annäherndem Druckgleichgewicht ist das Kugellager 47 hydrostatisch entlastet.
Die Nutform im Rückzugring ist nicht auf eine Spirale beschränkt, wichtig ist jedoch, dass die Ringstirnflächen über die Nut in Verbindung stehen. Die Verbindung besteht z. B. auch bei mindestens einer axial verlaufenden Nut.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DT 2061906 [0003]
- DT 2402066 A1 [0003]

Claims

Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Triebwelle, die mit einem Triebflansch endet, der triebwellenabseitig eine Stirnfläche aufweist, in der Kugelschalen zur Aufnahme von Kolbenköpfen ausgebildet sind, in welchen die Kolbenköpfe mittels verformbaren Ringen in den Kugelschalen drehbar gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe an der Innenfläche mindestens eine Nut aufweisen, die einen die Ringstirnseiten miteinander verbindenden Verlauf hat.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut einen spiralförmigen Verlauf aufweist.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut einen axialen Verlauf hat.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innendurchmesser des Ringes am kolbenkopfseitigen Ende radial erweitert.