DE102021200205A1 - Axialkolbenmaschine mit hoher Antriebdrehzahl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (10) in Schrägscheibenbauweise, wobei wenigstens ein Arbeitskanal (60) vorgesehen ist, welcher eine Verteilplatte (50) durchsetzt, wobei er außen am Gehäuse (20) an einem zugeordneten Arbeitsanschluss (64) ausmündet, wobei er einen ersten und einen zweiten Abschnitt (61; 62) umfasst, wobei sich der erste Abschnitt (61) über die gesamte Verteilplatte (50) erstreckt, wobei der zweite Abschnitt (62) vollständig in einem Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei er unmittelbar an den ersten Abschnitt (61) angrenzt, wobei ein erstes Drehlager (31) eine Außenumfangsfläche (33) hat, welche einen bezüglich der Drehachse (11) kreiszylindrischen Bezugszylinder definiert.Erfindungsgemäß ist das erste Drehlager (31) in Richtung der Drehachse (11) mit Abstand zur Verteilplatte (50) angeordnet, wobei die Verteilplatte (50) an der Stützfläche quer zur Drehachse (11) gehalten ist, wobei der erste und der zweite Abschnitt (61; 62) des wenigstens einen Arbeitskanals (60) parallel zur Drehachse (11) verlaufen, wobei sie vollständig innerhalb des Bezugszylinders angeordnet sind oder von diesem geschnitten werden.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
• Aus der DE 10 2015 208 925 A1 ist eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt. Diese ist für eine hohe Antriebsdrehzahl optimiert, indem die Mündungsöffnungen der Zylinder sehr nahe an der Drehachse angeordnet sind. Dort wirken in der Folge geringe Zentrifugalkräfte, auch wenn sich die Zylindertrommel sehr schnell dreht. Die Sauggrenze wird hierdurch zu höheren Drehzahlen verschoben, wobei die Kavitationsgefahr an der Saugseite gemindert wird. Die Sauggrenze ist die Drehzahl, bei der die Axialkolbenmaschine gerade noch ordnungsgemäß ansaugt. Wird die Drehzahl weiter gesteigert kommt es zum sogenannten Saugabriss, d.h. die Axialkolbenmaschine saugt überhaupt nicht mehr an oder der angesaugte Volumenstrom ist deutlich kleiner als das Produkt aus Drehzahl und Hubvolumen.
• Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die betreffende Axialkolbenmaschine mit einer noch höheren Drehzahl betrieben werden kann, ohne dass es zu Kavitation an der Saugseite kommt. Die Axialkolbenmaschine ist dabei außerordentlich einfach aufgebaut und mithin sehr kostengünstig. Der Vorteil der hohen Drehzahlfestigkeit wird im Wesentlichen allein mit einer geringfügigen Zunahme des erforderlichen Bauraums erkauft.
• Gemäß Anspruch 1 wird vorgeschlagen, dass das erste Drehlager in Richtung der Drehachse mit Abstand zur Verteilplatte angeordnet ist, wobei die Verteilplatte an der Stützfläche quer zur Drehachse gehalten ist, wobei der erste und der zweite Abschnitt des wenigstens einen Arbeitskanals parallel zur Drehachse verlaufen, wobei sie vollständig innerhalb des Bezugszylinders angeordnet sind oder von diesem geschnitten werden. Welche der beiden letztgenannten Alternativen zum Tragen kommt, hängt maßgeblich von der gewählten Bauart des ersten Drehlagers ab. Die Gleitfläche ist vorzugsweise kugelförmig ausgeführt. Sie ist bezüglich der Verteilplatte vorzugsweise konvex gekrümmt. Das erste und/oder das zweite Drehlager sind vorzugsweise als Kegelrollenlager ausgeführt.
• In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
• Es kann vorgesehen sein, dass der erste Abschnitt des wenigstens einen Arbeitskanals die Verteilplatte mit einer konstanten Querschnittsform durchsetzt, wobei die Querschnittsform zumindest einen Abschnitt aufweist, der als bezüglich der Drehachse gebogenes Langloch ausgeführt ist. Vorzugsweise werden die Querschnittsformen der ersten Abschnitte beider Arbeitskanäle jeweils von einem einzigen gebogenen Langloch definiert. Jedes Langloch hat über seine gesamte Länge in Umfangsrichtung vorzugsweise eine konstante Breite. Seine bezüglich der Umfangsrichtung gegenüberliegenden Enden umfassen vorzugsweise einen geraden Abschnitt, an den sich zwei verrundete Ecken anschließen. Aus dem Stand der Technik sind Querschnittsformen des ersten Abschnitts bekannt, die aus mehreren gesonderten Durchbrüchen zusammengesetzt sind. Eine derartige Ausführungsform kommt vorzugsweise gerade nicht zum Einsatz, um die Kavitationsneigung gering zu halten.
• Es kann vorgesehen sein, dass sich an den zweiten Abschnitt ein dritter Abschnitt des wenigstens einen Arbeitskanals unmittelbar anschließt, wobei der dritte Abschnitt im Gehäuse angeordnet ist, wobei dessen Querschnittsmittelpunkt entlang eines Bogens mit gleichbleibender Krümmungsrichtung verläuft, wobei die entsprechende Krümmung so gewählt ist, dass der betreffende Arbeitskanal über seine gesamte Länge mit Abstand zum ersten Drehlager verläuft, wobei er im dritten Abschnitt den geringsten Abstand zum ersten Drehlager hat. Mit dem dritten Abschnitt wird der Arbeitskanal am ersten Drehlager vorbeigeführt, wobei die Kavitationsneigung am Sauganschluss im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird. Unter dem Querschnittsmittelpunkt soll vorzugsweise ein Flächenschwerpunkt der Querschnittsfläche des Arbeitskanals verstanden werden.
• Es kann vorgesehen sein, dass sich eine Krümmungsrichtung einer inneren Begrenzungsfläche des dritten Abschnitts entlang dessen Verlaufs vom betreffenden Arbeitsanschluss zur Verteilplatte hin umkehrt. Hieraus ergibt sich eine besonders geringe Kavitationsneigung am Sauganschluss. Wegen weiterer Details wird auf die entsprechenden Ausführungen zur 1 verwiesen.
• Es kann vorgesehen sein, dass genau zwei Arbeitskanäle vorgesehen sind, deren Arbeitsanschlüsse voneinander weg weisen. Beide sich hieraus ergebenden Arbeitskanäle können besonders strömungsgünstig ausgeführt werden, wobei sie gleiche Strömungseigenschaften aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass zwei Arbeitsanschlüsse vorgesehen sind, die in Richtung der Drehachse von der Zylindertrommel weg weisen. Die letztgenannte Ausführungsform wird gewählt, wenn der Bauraum in der übergeordneten Maschine dies erforderlich macht. Die zuvor beschriebene Ausführungsform erlaubt demgegenüber höhere Drehzahlen.
• Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Arbeitsanschlüsse jeweils einen Flächenschwerpunktpunkt haben, wobei die beiden Flächenschwerpunkte eine Bezugsgerade definieren, wobei die Bezugsgerade das erste Drehlager schneidet. Mit dieser Anordnung der Arbeitsanschlüsse ergeben sich besonders strömungsgünstige Arbeitskanäle, wobei insbesondere die Kavitationsneigung am Sauganschluss gering ist.
• Es kann vorgesehen sein, dass die beiden Arbeitskanäle zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, wobei die entsprechende Symmetrieebene die Drehachse enthält. Die Axialkolbenmaschine kann damit im 4-Quadranten-Betrieb genutzt werden, wobei in jeder der vier entsprechend möglichen Betriebszustände vergleichbare Fördereigenschaften gegeben sind.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Zylindertrommel mehrere untereinander gleich ausgebildete Zylinder hat, die gleichförmig verteilt um die Drehachse herum angeordnet sind, wobei jeder Zylinder einen kreiszylindrischen Abschnitt mit einer ersten Querschnittsfläche hat, wobei jeder Zylinder im Bereich der Gleitfläche eine Mündungsöffnung mit einer zweiten Querschnittsfläche hat, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, wobei die Zylindertrommel durch die hieraus im Betrieb resultierende hydrostatische Kraft gegen die Gleitfläche gedrückt wird, wobei sie im Übrigen ausschließlich durch eine einzige Feder gegen die Gleitfläche gedrückt wird, wobei die Feder stirnseitig an der Zylindertrommel anliegt. Radial zwischen der Zylindertrommel und der Antriebswelle ist dementsprechend keine Feder angeordnet. In der Folge können die Mündungsöffnungen und die ersten und die zweiten Abschnitte sehr weit nach innen verlagert werden. Hieraus folgt eine vergleichsweise große Differenz zwischen erster und zweiter Querschnittsfläche, woraus eine starke hydrostatische Anpressung der Zylindertrommel an die Verteilplatte resultiert. Die zweite Querschnittsfläche beträgt vorzugsweise zwischen 40% und 70% der ersten Querschnittsfläche. Die beanspruchte Feder, die nur vergleichsweise schwach ausgelegt werden kann, reicht daher zur Anpressung der Zylindertrommel an die Verteilplatte aus. Die Feder ist vorzugsweise an einem gesonderten Anpressteil mit einer kugelförmigen Oberfläche abgestützt, wobei die kugelförmige Oberfläche wiederum an einer Rückzugsplatte abgestützt ist, welche wiederum an den Gleitschuhen der Kolben abgestützt ist.
• Es kann vorgesehen sein, dass der Bezugszylinder den kreiszylindrischen Abschnitt der Zylinder schneidet, wobei die Mündungsöffnungen vollständig innerhalb des Bezugszylinders angeordnet sind oder von diesem geschnitten werden. Die kreiszylindrischen Abschnitte der Zylinder sind vorzugsweise radial weiter außen angeordnet, als die betreffenden Mündungsöffnungen.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Mündungsöffnungen jeweils von einem Mündungskanal mit einer konstanten Querschnittsform definiert werden, wobei die Mündungskanäle derart geneigt zur Drehachse angeordnet sind, dass sie jeweils in einem Eckbereich des zugeordneten kreiszylindrischen Abschnitts ausmünden, in welchem dieser in einen Boden des Zylinders übergeht. Die Mündungskanäle haben dementsprechend eine geringe Neigung relativ zur Drehachse. Der Richtungswechsel der Fluidströmung im Bereich der Mündungsöffnungen ist in der Folge klein, wodurch die Kavitationsneigung sinkt.
• Es kann vorgesehen sein, dass das zweite Drehlager einen Innenring, einen Außenring und mehrere Wälzkörper umfasst, wobei alle genannten Teile carbonitriert sind. Das erste und das zweite Drehlager sind verglichen mit einer üblichen Axialkolbenmaschine weit voneinander entfernt angeordnet. Gleichzeitig ist der Durchmesser der Antriebswelle vergleichsweise dünn, weil die ersten Abschnitte sehr weit innen angeordnet sind. Dies hat eine vergleichsweise hohe Durchbiegung der Antriebswelle zur Folge. Hierdurch wird insbesondere das erste Drehlager, das vorzugsweise als Kegelrollenlager ausgeführt ist, hoch beansprucht. Durch die vorgeschlagene Carbonitrierung erreicht das zweite Drehlager dennoch die gewünschte Lebensdauer.
• Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse ein erstes und ein zweites Gehäuseteil umfasst, wobei das erste Gehäuseteil topfartig ausgebildet ist, wobei es eine Öffnung definiert, wobei die Öffnung vollständig vom zweiten Gehäuseteil überdeckt ist, wobei der wenigstens eine Arbeitskanal abseits der Verteilplatte vollständig vom zweiten Gehäuseteil begrenzt wird, wobei das erste Drehlager im zweiten Gehäuseteil aufgenommen ist. Das zweite Drehlager ist vorzugsweise im ersten Gehäuseteil aufgenommen. Das erste und das zweite Gehäuseteil können mit einem Dichtring oder mit einer Flachdichtung gegeneinander abgedichtet sein.
• Es kann vorgesehen sein, dass die Zylindertrommel über eine Keilwellenverzahnung mit der Antriebswelle in Drehantriebsverbindung steht, wobei eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche der Verteilplatte näherungsweise fluchtend zu einem Fußkreisdurchmesser der Keilwellenverzahnung der Antriebswelle angeordnet ist. Der Durchmesser der genannten Innenumfangsfläche beträgt vorzugsweise zwischen 95% und 110% des Fußkreisdurchmessers der Keilwellenverzahnung der Antriebswelle.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
• 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine; und
• 2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1 im Bereich der Verteilplatte.
• 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 10. Die Axialkolbenmaschine 10 umfasst ein Gehäuse 20, welches aus einem ersten und einem gesonderten zweiten Gehäuseteil 21; 22 zusammengesetzt ist. Das erste Gehäuseteil 21 ist topfartig ausgebildet, so dass es eine Öffnung hat, die in 1 nach rechts weist. Diese Öffnung wird vom zweiten Gehäuseteil 22 vollständig überdeckt. Das erste und das zweite Gehäuseteil 21; 22 liegen an einer ebenen Dichtfläche aneinander an, wobei dort ein Dichtung 24 angeordnet ist, welche das Gehäuse 20 fluiddicht verschließt. Die Dichtung 24 kann als O-Ring oder als Flachdichtung ausgeführt sein.
• Am Boden des ersten Gehäuseteils 21 ist ein zweites Drehlager 32 aufgenommen, wobei im zweiten Gehäuseteil 22 ein erstes Drehlager 31 aufgenommen ist. Das erste und das zweite Drehlager 31; 32 sind vorliegend als Kegelrollenlager ausgeführt, welche in X-Anordnung eingebaut sind. Sie stützen eine Antriebswelle 30 bezüglich einer Drehachse 11 drehbar am Gehäuse 20 ab. Die Antriebswelle 30 wird von einer gesonderten Zylindertrommel 40 umgeben, wobei die Antriebswelle 30 und die Zylindertrommel 40 über eine Keilwellenverzahnung 34 in Drehantriebsverbindung stehen. Die Keilwellenverzahnung 34 an der Zylindertrommel 40 ist dabei kürzer ausgeführt als die Keilwellenverzahnung 34 an der Antriebswelle 30. Zwischen der Zylindertrommel 40 und der Antriebswelle 30 ist keine Feder angeordnet, damit die Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) maximal weit innen angeordnet werden können, um hohe Antriebsdrehzahlen zu ermöglichen. Die Feder 44 ist vielmehr stirnseitig an der Zylindertrommel 42 angeordnet, wobei sie an einem gesonderten Anpressteil 84 abgestützt ist. Das Anpressteil 84 greift ebenfalls in die Keilwellenverzahnung der Antriebswelle 30 ein, so dass es sich mit dieser mit dreht. Es hat eine kugelförmige Oberfläche, an welcher eine gesonderte Rückzugsplatte 83 in Richtung der Drehachse 11 abgestützt ist. Die Rückzugsplatte 83 ist daher schwenkbar bezüglich der Antriebswelle 30, wobei sie der Schwenkbewegung der Schwenkwiege 80 folgt.
• Die Antriebswelle 30 ragt vorliegend am ersten Gehäuseteil 21 mit einem Antriebszapfen 35 aus dem Gehäuse 20 heraus. Es können aber auch an beiden Seiten des Gehäuses 20 oder nur an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 20 Antriebszapfen oder vergleichbare Antriebsmittel vorgesehen sein.
• In der Zylindertrommel 40 sind mehrere, beispielsweise sieben oder neun, Zylinder 41 gleichförmig verteilt um die Drehachse 11 herum angeordnet. Die Zylinder 41 haben einen kreiszylindrischen Abschnitt 42, der vorliegend von einer gesonderten Gleitbuchse gebildet wird, welche fest in die Zylindertrommel 40 eingebaut ist. Der kreiszylindrische Abschnitt 42 kann aber auch unmittelbar von der Zylindertrommel 40 gebildet werden. In dem kreiszylindrischen Abschnitt 42 ist jeweils ein zugeordneter Kolben 81 linearbeweglich aufgenommen, so dass sich ein Zylinderraum mit veränderlichem Volumen ergibt. Jeder Zylinderraum hat eine Mündungsöffnung (Nr. 43 in 2), über welche er abhängig von der Drehstellung der Zylindertrommel 40 jeweils mit einem der beiden Arbeitskanäle 60 in Fluidaustauschverbindung steht. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen die Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) so nah wie möglich an der Drehachse 11 angeordnet werden, damit dort nur vergleichsweise kleine Zentrifugalkräfte auf das Druckfluid einwirken. Die Zylindertrommel 40 kann sich in der Folge mit einer hohen Drehzahl drehen, ohne dass an der Saugseite Kavitation auftritt. Bei dem Druckfluid handelt es sich vorzugsweise um eine Flüssigkeit und höchst vorzugsweise um Hydrauliköl.
• Das Ende eines jeden Kolbens 81, welches aus der Zylindertrommel 40 herausragt, ist über ein Kugelgelenk mit einem gesonderten Gleitschuh 82 verbunden, der auf einer ebenen Steuerfläche der Schwenkwiege 80 abgestützt ist. Insbesondere im drucklosen Zustand werden die Gleitschuhe 82 von der Feder 40 über die Rückzugsplatte 83 gegen die Schwenkwiege 80 gedrückt. Die entsprechende Gegenkraft drückt die Zylindertrommel 40 gegen die Verteilplatte 50 und diese wiederum gegen das zweite Gehäuseteil 22. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist diese Kraft vergleichsweise klein, vor allem im Vergleich zur Axialkolbenmaschine, die eine weitere Feder zwischen der Zylindertrommel 40 und der Antriebswelle 30 haben. Die Schwenkwiege 80 ist bezüglich einer Schwenkachse schwenkbar, die senkrecht zur Drehachse 11 angeordnet ist. Vorliegend schneidet die Schwenkachse die Drehachse 11, wobei sie auch etwas neben der Drehachse 11 angeordnet sein kann. Die Schwenkwiege 80 kann beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Schwenkzylinder verstellt werden, um das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 10 einzustellen.
• Zwischen der Zylindertrommel 40 und dem zweiten Gehäuseteil 22 ist eine gesonderte Verteilplatte 50 angeordnet. Bei konventionellen Axialkolbenmaschinen wird diese Verteilplatte vom Außenring des ersten Drehlagers 31 quer zur Drehachse 11 gehalten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das erste Drehlager 31 in Richtung der Drehachse 11 mit Abstand zur Verteilplatte 50 angeordnet, so dass die beiden Arbeitskanäle 60 in diesem Bereich sehr nah an die Drehachse 11 herangerückt werden können.
• Das zweite Gehäuseteil 22 hat eine im Wesentlichen ebene Stützfläche 23, welche von den beiden Arbeitskanälen 60 durchsetzt wird, wobei sie senkrecht zur Drehachse 11 ausgerichtet ist. Die Stützfläche 23 ist mit einem bezüglich der Drehachse 11 kreiszylindrischen Haltevorsprung (Nr. 24 in 2) versehen, welcher die Verteilplatte 50 quer zur Drehachse 11 am Gehäuse hält. Weiter ist die Verteilplatte 50 gegen Verdrehung relativ zum Gehäuse 20 gesichert, beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Zylinderstifts. Die Verteilplatte 50 ist also ortsfest relativ zum Gehäuse 20.
• An der Gleitfläche 51 der Verteilplatte 50 findet eine Relativbewegung zwischen der Zylindertrommel 40 und der Verteilplatte 50 statt. Die Gleitfläche 51 ist rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse 11, so dass sie eine Drehung der Zylindertrommel 40 zulässt. Weiter ist sie konkav gekrümmt, so dass sie die Zylindertrommel 40 quer zur Drehachse 11 hält. Eine ebene Gleitfläche ist ebenfalls denkbar. Die Drehlagerung der Zylindertrommel 40 in axialer und radialer Richtung geschieht vorliegend allein über die Gleitfläche 51. Das erste und das zweite Drehlager 31; 32 stützen allein die Antriebswelle 30 ab. Die Keilwellenverzahnung 34 ist so ausgelegt, dass im Wesentlichen ausschließlich ein Drehmoment bezüglich der Drehachse 11 übertragbar ist.
• Wie bereits angesprochen sollen die Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) der Zylinder 41 möglichst nahe an die Drehachse 11 herangerückt werden, damit die Zylindertrommel 40 mit einer hohen Drehzahl betrieben werden kann. Dieses Grundprinzip ist aus der DE 10 2015 208 925 A1 bekannt. Im Rahmen der Erfindung sollen die Arbeitskanäle 60 so verbessert werden, dass die Drehzahl der Zylindertrommel 40 noch weiter gesteigert werden kann, ohne dass an der Saugseite zum oben erläuterten Saugabriss kommt, wobei im Bereich der Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) keine Kavitation auftritt.
• Die Erfinder haben erkannt, dass es hierfür vorteilhaft ist, wenn die Fluidströmung im Bereich der Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) so wenig wie möglich umgelenkt wird. Deshalb sind die Mündungskanäle 45, welche die Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) definieren, flach geneigt zur Drehachse 11 angeordnet. Sie münden daher in einem Eckbereich des betreffenden Zylinders 41 aus, in welchem der kreiszylindrische Abschnitt 42 in einen Boden des Zylinders 41 übergeht. Bei einer konventionellen Axialkolbenmaschine mündet der Mündungskanal vollständig am Boden des Zylinders aus.
• Die beiden Arbeitskanäle 60 sind spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene, welche die Drehachse 11 enthält. Sie haben jeweils einen ersten, einen zweiten und einen dritten Abschnitt (Nr. 61; 62 in 2); 63. Der erste Abschnitt (Nr. 61 in 2) verläuft vollständig in der Verteilplatte 50. Diese hat vorliegend für jeden Arbeitskanal 50 einen einzigen Durchbruch, welcher mit einer konstanten Querschnittsform parallel zur Drehachse 11 verläuft. Der Durchbruch ist nierenförmig ausgebildet. Man kann auch sagen, dass er in Form eines Langlochs ausgeführt ist, welches bezüglich der Drehachse 11 kreisförmig gebogen verläuft. Die beiden genannten Durchbrüche sind identisch ausgeführt, da die vorliegende Axialkolbenmaschine 4-Quadranten-fähig sein soll. D.h. die Drehrichtung der Antriebswelle 30 soll umkehrbar sein, wobei außerdem beide Arbeitsanschlüsse 64 wahlweise als Saug- oder als Druckanschluss betreibbar sein sollen.
• Der zweite Abschnitt (Nr. 62 in 2) schließt sich unmittelbar an den ersten Abschnitt (Nr. 61 in 2) an, wobei er im Gehäuse 20, namentlich im zweiten Gehäuseteil 22, verläuft. Der zweite Abschnitt (Nr. 62 in 2) verläuft ebenfalls parallel zur Drehachse 11. Er hat eine konstante Querschnittsform, welche die Querschnittsform des ersten Abschnitts (Nr. 61 in 2) fluchtend fortsetzt. Am Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (Nr. 61; 62 in 2) ist dementsprechend kein Absatz und kein Knick vorhanden, welche die Fluidströmung beeinflussen könnten. Der erste und der zweite Abschnitt (Nr. 61; 62 in 2) sind zusammengenommen so lang, dass sich eine im Wesentlichen wirbelfreie und parallel zur Drehachse 11 verlaufende Strömung ausbilden kann und zwar insbesondere an der Saugseite. Diese Strömung wird an der Mündungsöffnung (Nr. 43 in 2) nur minimal umgelenkt. Diese Störung der Fluidströmung ist klein im Vergleich zur Störung, welche durch die sich drehende Zylindertrommel 40 verursacht wird. Dementsprechend wird das Auftreten von Kavitation trotz der im Mündungskanal 45 wirkenden Zentrifugalkräfte weitgehend vermieden, auch wenn sich die Zylindertrommel 40 sehr schnell dreht.
• Der dritte Abschnitt 63 des Arbeitskanals 60 schließt sich unmittelbar an den zweiten Abschnitt (Nr. 62 in 2) an, wobei er im Gehäuse 20 verläuft. Er mündet an der Außenseite des Gehäuses 20 mit einem kreisrunden Arbeitsanschluss 64 aus. Dem dritten Abschnitt 63 kommt einerseits die Aufgabe zu, diese Kreisform des Arbeitsanschlusses in die Nierenform der betreffenden Mündungsöffnung (Nr. 43 in 2) zu überführen, ohne dass in der Fluidströmung Verwirbelungen entstehen. Weiter muss der Arbeitskanal 60 am ersten Drehlager 31 vorbeigeführt werden. Die an sich strömungsmäßig optimale Anordnung der Arbeitsanschlüsse in Richtung der Drehachse 11 fluchtend zu den Mündungsöffnungen (Nr. 43 in 2) wird durch das erste Drehlager 31 verbaut. Die Arbeitsanschlüsse 64 sind stattdessen auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 20, insbesondere des zweiten Gehäuseteils 22, angeordnet. Die Flächenschwerpunkte der beiden Arbeitsanschlüsse 64, nämlich die entsprechenden Kreismittelpunkte, definieren eine Bezugsgerade 68, welche das erste Drehlager 31 schneidet. Die hieraus resultierende Krümmung des dritten Abschnitts 63 ergibt besonders günstige Strömungsverhältnisse. Zum einen verläuft der Querschnittsmittelpunkt 65 des Arbeitskanals 64 entlang einer Bahn, die einheitlich und sanft gekrümmt ist. Es gibt vorzugsweise keine Sprünge hinsichtlich im Verlauf des Krümmungsradius. Darüber hinaus ergibt sich ein charakteristischer Verlauf der inneren Begrenzungsfläche 67 des dritten Abschnitts 63. Diese ist vom Arbeitsanschluss 64 her kommend zunächst konkav gekrümmt, wobei sie im weiteren Verlauf zur Mündungsöffnung hin konvex gekrümmt ist. Eben dieser Verlauf trägt maßgeblich dazu bei, dass sich im ersten und im zweiten Abschnitt (Nr. 61; 62 in 2) eine parallel zur Drehachse verlaufende, im Wesentlichen wirbelfreie Fluidströmung ausbildet. Es wäre grundsätzlich denkbar, die Arbeitsanschlüsse 64 in 1 nach rechts zu verlagern, wobei die vorstehend erläuterte Krümmungsumkehr wegfallen würde. Versuche der Anmelderin haben jedoch ergeben, dass die so ausgeführte Axialkolbenmaschine weniger hohe Drehzahlen zulässt wie die in 1 gezeigte Axialkolbenmaschine 10.
• 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt von 1 im Bereich der Verteilplatte 50. Hier ist zunächst der Haltevorsprung 24 an der Stützfläche 23 zu erkennen, mit welchem die Verteilplatte 50 quer zur Drehachse gehalten ist. Weiter ist der Verlauf des ersten und des zweiten Abschnitts 61; 62 des Arbeitskanals 60 parallel zur Drehachse zu erkennen. Darüber hinaus ist in 2 der geringste Abstand 67 zwischen dem Arbeitskanal 60 und dem ersten Drehlager 31 eingezeichnet, welcher im dritten Abschnitt 63 angeordnet ist.
• In 2 ist außerdem der Fußkreisdurchmesser 36 der Keilwellenverzahnung 34 der Antriebswelle 30 zu erkennen. Dieser liegt näherungsweise in einer Flucht mit der Innenumfangsfläche 52 der Verteilplatte 50. Mit dieser Anordnung können Mündungsöffnungen 43 sehr nahe an die Drehachse herangerückt werden, ohne dass die Antriebswelle übermäßig geschwächt wird.
• Bezugszeichenliste

10

Axialkolbenmaschine

11

Drehachse

20

Gehäuse

21

erstes Gehäuseteil

22

zweites Gehäuseteil

23

Stützfläche

24

Haltevorsprung

24

Dichtung

30

Antriebswelle

31

erstes Drehlager

32

zweites Drehlager

33

Außenumfangsfläche des ersten Drehlagers

34

Keilwellenverzahnung

35

Antriebszapfen

36

Fußkreisdurchmesser der Keilwellenverzahnung

40

Zylindertrommel

41

Zylinder

42

kreiszylindrischer Abschnitt

43

Mündungsöffnung

44

Feder

45

Mündungskanal

50

Verteilplatte

51

Gleitfläche

52

Innenumfangsfläche

60

Arbeitskanal

61

erster Abschnitt des Arbeitskanals

62

zweiter Abschnitt des Arbeitskanals

63

dritter Abschnitt des Arbeitskanals

64

Arbeitsanschluss

65

Querschnittsmittelpunkt des Arbeitskanals

66

geringster Abstand zwischen dem Arbeitskanal und dem ersten Drehlager

67

innere Begrenzungsfläche des dritten Abschnitts

68

Bezugsgerade

80

Schwenkwiege

81

Kolben

82

Gleitschuh

83

Rückzugsplatte

84

Anpressteil

• 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
• DE 102015208925 A1 [0002, 0028]

Claims (13)

1. Axialkolbenmaschine (10) in Schrägscheibenbauweise mit einem Gehäuse (20), in dem eine Zylindertrommel (40) aufgenommen ist, wobei die Zylindertrommel (40) eine Antriebswelle (30) umgibt, wobei sie mit dieser in Drehantriebsverbindung steht, wobei die Antriebswelle (30) mit einem ersten und einem zweiten Drehlager (31; 32) bezüglich einer Drehachse (11) drehbar an dem Gehäuse (20) abgestützt ist, wobei die Zylindertrommel (40) zwischen dem ersten und dem zweiten Drehlager (31; 32) angeordnet ist, wobei eine gesonderte Verteilplatte (50) vorgesehen ist, welche in Richtung der Drehachse (11) zwischen der Zylindertrommel (40) und einer Stützfläche (23) am Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei das erste Drehlager (31) benachbart zur Stützfläche (23) angeordnet ist, wobei die Verteilplatte (50) mit einer bezüglich der Drehachse (11) rotationssymmetrischen, nicht ebenen Gleitfläche (51) an der Zylindertrommel (40) anliegt, so dass die Zylindertrommel (40) von der Verteilplatte (50) quer zur Drehachse (11) gehalten ist, wobei wenigstens ein Arbeitskanal (60) vorgesehen ist, welcher die Verteilplatte (50) durchsetzt, wobei er außen am Gehäuse (20) an einem zugeordneten Arbeitsanschluss (64) ausmündet, wobei er einen ersten und einen zweiten Abschnitt (61; 62) umfasst, wobei sich der erste Abschnitt (61) über die gesamte Verteilplatte (50) erstreckt, wobei der zweite Abschnitt (62) vollständig im Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei er unmittelbar an den ersten Abschnitt (61) angrenzt, wobei das erste Drehlager (31) eine Außenumfangsfläche (33) hat, welche einen bezüglich der Drehachse (11) kreiszylindrischen Bezugszylinder definiert, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehlager (31) in Richtung der Drehachse (11) mit Abstand zur Verteilplatte (50) angeordnet ist, wobei die Verteilplatte (50) an der Stützfläche quer zur Drehachse (11) gehalten ist, wobei der erste und der zweite Abschnitt (61; 62) des wenigstens einen Arbeitskanals (60) parallel zur Drehachse (11) verlaufen, wobei sie vollständig innerhalb des Bezugszylinders angeordnet sind oder von diesem geschnitten werden.
2. Axialkolbenmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (61) des wenigstens einen Arbeitskanals (60) die Verteilplatte (50) mit einer konstanten Querschnittsform durchsetzt, wobei die Querschnittsform zumindest einen Abschnitt aufweist, der als bezüglich der Drehachse (11) gebogenes Langloch ausgeführt ist.
3. Axialkolbenmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich an den zweiten Abschnitt (62) ein dritter Abschnitt (63) des wenigstens einen Arbeitskanals (60) unmittelbar anschließt, wobei der dritte Abschnitt (63) im Gehäuse (20) angeordnet ist, wobei dessen Querschnittsmittelpunkt (65) entlang eines Bogens mit gleichbleibender Krümmungsrichtung verläuft, wobei die entsprechende Krümmung so gewählt ist, dass der betreffende Arbeitskanal (60) über seine gesamte Länge mit Abstand zum ersten Drehlager (31) verläuft, wobei er im dritten Abschnitt den geringsten Abstand zum ersten Drehlager (31) hat.
4. Axialkolbenmaschine (10) nach Anspruch 3, wobei sich eine Krümmungsrichtung einer inneren Begrenzungsfläche (67) des dritten Abschnitts (63) entlang dessen Verlaufs vom betreffenden Arbeitsanschluss (64) zur Verteilplatte (50) hin umkehrt.
5. Axialkolbenmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei genau zwei Arbeitskanäle (60) vorgesehen sind, deren Arbeitsanschlüsse (64) voneinander weg weisen.
6. Axialkolbenmaschine (10) nach Anspruch 5, wobei die beiden Arbeitsanschlüsse (64) jeweils einen Flächenschwerpunkt haben, wobei die beiden Flächenschwerpunkte eine Bezugsgerade (68) definieren, wobei die Bezugsgerade (68) das erste Drehlager (31) schneidet.
7. Axialkolbenmaschine (10) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die beiden Arbeitskanäle (60) zueinander spiegelsymmetrisch ausgebildet sind, wobei die entsprechende Symmetrieebene die Drehachse (11) enthält.
8. Axialkolbenmaschine (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zylindertrommel (40) mehrere untereinander gleich ausgebildete Zylinder (41) hat, die gleichförmig verteilt um die Drehachse (11) herum angeordnet sind, wobei jeder Zylinder (41) einen kreiszylindrischen Abschnitt (42) mit einer ersten Querschnittsfläche hat, wobei jeder Zylinder im Bereich der Gleitfläche (51) eine Mündungsöffnung (43) mit einer zweiten Querschnittsfläche hat, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, wobei die Zylindertrommel (40) durch die hieraus im Betrieb resultierende hydrostatische Kraft gegen die Gleitfläche (51) gedrückt wird, wobei sie im Übrigen ausschließlich durch eine einzige Feder (44) gegen die Gleitfläche (51) gedrückt wird, wobei die Feder (44) stirnseitig an der Zylindertrommel (40) anliegt.
9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, wobei der Bezugszylinder den kreiszylindrischen Abschnitt (42) der Zylinder (41) schneidet, wobei die Mündungsöffnungen (43) vollständig innerhalb des Bezugszylinders angeordnet sind oder von diesem geschnitten werden.
10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Mündungsöffnungen (43) jeweils von einem Mündungskanal (45) mit einer konstanten Querschnittsform definiert werden, wobei die Mündungskanäle (45) derart geneigt zur Drehachse (11) angeordnet sind, dass sie jeweils in einem Eckbereich des zugeordneten kreiszylindrischen Abschnitts (42) ausmünden, in welchem dieser in einen Boden des Zylinders (41) übergeht.
11. Axialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Drehlager (32) einen Innenring, einen Außenring und mehrere Wälzkörper umfasst, wobei alle genannten Teile carbonitriert sind.
12. Axialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (20) ein erstes und ein zweites Gehäuseteil (21; 22) umfasst, wobei das erste Gehäuseteil (21) topfartig ausgebildet ist, wobei es eine Öffnung definiert, wobei die Öffnung vollständig vom zweiten Gehäuseteil (22) überdeckt ist, wobei der wenigstens eine Arbeitskanal (60) abseits der Verteilplatte (50) vollständig vom zweiten Gehäuseteil (22) begrenzt wird, wobei das erste Drehlager (31) im zweiten Gehäuseteil (22) aufgenommen ist.
13. Axialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Zylindertrommel (40) über eine Keilwellenverzahnung (34) mit der Antriebswelle (30) in Drehantriebsverbindung steht, wobei eine kreiszylindrische Innenumfangsfläche (52) der Verteilplatte (50) näherungsweise fluchtend zu einem Fußkreisdurchmesser (36) der Keilwellenverzahnung (34) der Antriebswelle (30) angeordnet ist.

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