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Druckflüssigkeits-Axialkolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine
Druckflüssigkeits-Axialkolbenmaschine mit zwei spiegelbildlich in übereinstimmenden
Winkeln zur Achse der an ihrem Umfang im Maschinengehäuse drehbar gelagerten Triebscheibe
und zu deren Ebene geneigten, mit dieser umlaufenden Zylindertrommeln, deren Kolben
über gleichachsige Kugelgelenke an der Triebscheibe angeschlossen sind, und wobei
die An- bzw. Abtriebswelle durch eine Zylindertrommel und deren Steuerspiegelfläche
hindurchgeführt ist.
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Eine solche Anordnung hat bekanntlich den Vorteil, daß die Axialschübe
der beiden Kolbensätze sich in der Triebscheibe ausgleichen und dadurch die sonst
benötigte hochbelastbare Axiallagerung der Triebscheibe überflüssig wird, während
die das Nutzdrehmoment ergebenden Radialkomponenten der Kolbenkräfte sich zu einem
resultierenden Drehmoment summieren.
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Dabei besteht aber noch die Aufgabe, die zwischen den Zylindertrommeln
liegende Triebscheibe mit dem An- oder Abtrieb zu verbinden. Bei Anwendung der bei
den üblichen Axialkolbenmaschinen verwendeten Bauteile stellt es sich dann heraus,
daß es in diesem Falle nicht möglich ist, die Antriebsverbindung mit der Triebscheibe
durch eine zu ihr gleichachsige und die Zylindertrommel und den Steuerspiegel durchdringende
Welle herzustellen. Aus diesem Grunde hat man sich dadurch beholfen, daß man die
Triebscheibe durch eine Umfangsverzahnung mit einer Vorgelegewelle kuppelte. Eine
solche Lösung bedeutet aber eine derartige Komplikation, daß die erzielten Vorteile
durch die höheren Herstellungskosten wieder aufgehoben werden. Es wurde deshalb
in der Praxis von dieser Anordnung wenig Gebrauch gemacht.
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Bei dieser Sachlage besteht daher ein dringendes Bedürfnis, bauliche
Lösungen zu finden, die einen direkten Antrieb der Triebscheibe ermöglichen. Ein
solcher kann sowohl bei verstellbaren als auch bei nicht verstellbaren Axialkolbenmaschinen
nur durch die obenerwähnte, die Zylindertrommel und den Steuerspiegel durchdringende
und an der Gehäusestirnseite herausgeführte Welle erfolgen.
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Einer solchen Lösung steht aber zunächst entgegen, daß bei Anwendung
der üblichen und ein Optimum bezüglich Raumbedarf und Wirkungsgrad ergebenden Bauteile
es nicht möglich ist, unter Beibehaltung eines annehmbaren Schrägwinkels die Welle
durch die Zylindertrommel und den Steuerspiegel hindurchzuführen, da innerhalb der
Zylinder- und der Steuerschlitze nicht der erforderliche Raum zur Verfügung steht.
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Die aus diesen Überlegungen sich ergebende Aufgabe der Erfindung besteht
nun darin, die Triebwerksteile und deren Lagerung derart auszubilden, daß bei der
üblichen Zylinderzahl und einem günstigen Verhältnis zwischen dem Teilkreisdurchmesser
der Kugelanlenkungen zum Kolbendurchmesser ein annehmbarer Schrägwinkel erzielt
wird. In Verbindung mit der Zylinderzahl sind die genannten Größen bestimmend für
den spezifischen, auf das maximale Fördervolumen bezogenen Raumbedarf der Axialkolbenmaschine.
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Man könnte z. B. nun zur Erzielung einer annehmbaren Schräglage versuchen,
die Zylinderzahl und damit den Teilkreisdurchmesser der Triebscheibe zu vergrößern.
Außer der sich dabei verschlechternden Raumausnutzung wird bei gleicher Schräglage
aber auch der Kolbenhub und damit die Länge der Zylindertrommeln größer und dadurch
der angestrebte Vorteil vermindert, indem die längere Zylindertrommel einen größeren
Querversatz des Steuerspiegels verursacht, so daß letzten Endes die direkte Durchführung
der Welle nur wieder durch eine unerwünschte Verminderung des Schrägwinkels erkauft
werden kann.
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In der Weiterverfolgung des Zieles, die Triebscheibe über eine die
Zylindertrommel und den Steuerspiegel durchdringende Welle anzutreiben, und unter
Verwertung der oben dargelegten Erkenntnisse sieht die Erfindung den gesuchten günstigsten
Lösungsweg darin, daß die umlaufenden Triebwerksteile so gestaltet werden, daß sie
eine möglichst geringe axiale Ausdehnung aufweisen. Denn das ist die einzige Möglichkeit,
bei der üblichen Zylinderzahl und einem günstigen Verhältnis des Kolbendurchmessers
zum Durchmesser des Triebscheibenteilkreises trotz Durchführung der Antriebswelle
eine für die Praxis noch interessante Schräglage zu erreichen.
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Die Erfindung löst die bestehende Aufgabe dadurch, daß die Triebscheibe
einstückig und als Bestandteil
der Wellenlagerung ausgebildet ist,
und die Kolbenköpfe mittels hydraulisch entlasteter Kugelköpfe an den beiden Stirnseiten
der Triebscheibe spiegelbildlich in bezug auf die Triebscheibe angelenkt sind.
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Durch diese Erfindungsmerkmale sind die genannten Schwierigkeiten
behoben. Außerdem ist es möglich, bei der Gestaltung des Gehäuses nur noch die in
der Mittelebene angeordnete Triebscheibenlagerung zu berücksichtigen, wodurch das
Gehäuse vorteilhafterweise mehrteilig ausgeführt werden kann und bei seiner Bearbeitung
nicht die hohen Genauigkeitsforderungen gestellt sind, wie bei den Gehäusen der
bekannten Doppel-Axialkolbenmaschinen.
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Die erfindungsgemäße Anlenkung der Kugelköpfe ergibt den weiteren
Vorteil, daß die Kugelmittelpunkte auf einer zur Triebscheibenachse parallelen Fluchtlinie
liegen und dadurch die Triebscheibe völlig frei von axialen Kräften und Kippmomenten
bleibt, so daß die Scheibe nur Querkräfte zu übertragen hat und dementsprechend
im Sinne der Erfindungsaufgabe günstig bemessen werden kann.
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Für die Lagerung der Triebscheibe schlägt die Erfindung vor, die Triebscheibe
beiderseits mit stirnseitigen Lagernaben zu versehen, welche der ausschließlichen
oder zusätzlichen Lagerung der Triebscheibe in Lagerbohrungen der feststehenden
Steuerspiegelkörper des Maschinengehäuses dienen. Eine derartige Lagerung der Triebscheibe
genügt an sich für alle praktisch vorkommenden Flüssigkeitsdrücke, wobei für sehr
hohe Drücke beide Lagerungsarten, also am Umfang und über die stirnseitigen Lagernaben,
zugleich Anwendung finden.
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Besonders bei Axialkolbenmaschinen, welche als Motoren betrieben werden,
ist es von Wichtigkeit, daß die Reibverluste der Triebscheibenlagerung vom Stillstand
bis zur Höchstdrehzahl äußerst gering sind, weil hier hohe Drehmomente und entsprechende
Lagerbelastungen schon im Sitllstand vorhanden sein können, bei denen ein Gleitlager
noch keinen Schmierfilm bilden kann.
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Diese Umstände berücksichtigt die Erfindung dadurch, daß der Umfang
der Triebscheibe als Innenlaufbahn eines zweiteiligen Wälzlagers ausgebildet ist.
dessen Außenlaufbahnen aus zwei unter sich gleichen. in das Maschinengehäuse eingesetzten
Außenlaufringen bestehen. Vorteilhafterweise wird dabei die ohnedies bevorzugte
Herstellung der Triebscheibe aus gehärtetem Einsatz- oder Nitrierstahl ausgenutzt.
Es sind zwar Axialkolbenmaschinen mit einander gegenüberliegenden Zylindertrommeln
und einer gemeinsamen, über Wälzlager gelagerten Triebscheibe bekanntgeworden. Hier
finden jedoch mehrteilige Triebscheiben Verwendung, und deren Wälzlagerung besteht
aus den üblichen Kugellagern, welche einen eigenen Innenlaufring haben. Die bekannten
Ausführungen könnten daher für die Lösung der gestellten Aufgabe nicht in Betracht
gezogen werden.
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Um, wie schon eingangs erwähnt, die Zylindertrommelachse zur Triebscheibenachse
in einem möglichst großen Winkel neigen zu können, ist erfindungsgemäß die An- bzw.
Abtriebswelle der Triebscheibe als Drehstab ausgebildet, dessen verstärkte Enden
mit der An- bzw. Abtriebsmaschine und mit der Triebscheibe in formschlüssiger Verbindung
stehen, wobei die Mittelbohrung der Triebscheibe mit einer Rille versehen ist, in
welche zwei in einer Querbohrung des Drehstabendes eingelegte Kugeln durch Federn
gedrückt werden. Dieser Drehstab dient hier also nur der Übertragung des Drehmomentes
und kann daher mit einem entsprechend kleinen Durchmesser ausge= führt sein.
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Sollte der Drehstab nicht unmittelbar mit einer mit ihm fluchtenden
Maschinenwelle gekuppelt werden. sondern an seinem aus dem Gehäuse herausstehenden
Ende ein Zahnrad od. dgl. tragen, so muß dieses oder wenigstens das verstärkte Ende
des Drehstabes so am Gehäuse gelagert werden, daß den Drehstab im Bereich seines
kleinen Durchmessers keine Biegemomente belasten. Im Bereich des Gehäusedurchtritts
wird der Drehstab von einer üblichen Wellendichtung so umfaßt, daß diese Stelle
öldicht ist, wobei die vorgeschlagene formschlüssige Rastverbindung des Drehstabes
die vorteilhafte Möglichkeit gibt, daß dieser im Bedarfsfalle mit verhältnismäßig
kleiner Kraftanstrengung herausgezogen bzw. entfernt werden kann.
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In F i g. 1 und F i g. 2 der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine im Längsschnitt dargestellt.
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In F i g. 1 sind an beiden Stirnseiten des mit 1 bezeichneten Gehäuses
die unter sich gleichen und gleichzeitig als Gehäusedeckel dienenden Steuerspiegelkörper
2 eingeflanscht und befestigt. Jeder Steuerspiegelkörper hat einen Lagerzapfen 3.
Auf diesen sind die Zylindertrommeln 4 drehbar gelagert. In den Zylindertrommeln
4 sind Kolben 5 parallel zur Trommelachse längsbeweglich geführt und über Kugelringe
6 in der Doppeltriebscheibe 7 in Kugelpfannen 8 kugelbeweglich gelagert und axial
abgestützt. Die in gleicher Zahl auf beiden Triebscheiben-Stirnseiten angeordneten
Kugelpfannen 8 sind einander so zugeordnet, daß deren Kugelmittelpunkte paarweise
in einer zur Triebscheibenachse parallelen Fluchtlinie liegen.
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Die Längsabstützung jedes Kolbens 5 an dem Kugelring 6 wird durch
eine Abflachung des Kugelringes ermöglicht. an welche sich die Kolbenstirnfläche
anlegt. Durch entsprechende Bemessung der Anlagefläche wird eine hydraulische Entlastung
der Kolbenabstützung erreicht, da der Druck der Flüssigkeit sich über eine Kolbenlängsbohrung
bis zu den Kugelringen 6 fortpflanzen kann.
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Die Triebscheibe 7 ist an ihrem Umfang drehbar und axial unverschiebbar
in Gleitlagerringen 9 gelagert, die durch Sprengringe 10 gesichert im Gehäuse
1 sitzen. Zur Unterstützung der Lagerung am Umfang hat die Triebscheibe 7
an beiden Stirnseiten Lagernaben 11, die in Lagerbohrungen 12 der
Steuerspiegelkörper 2 geführt sind.
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Wie bereits erwähnt, müssen sich die Axialschübe der Kolbensätze beider
Zylindertrommeln in der Triebseheibe ausgleichen, wenn deren Lagerung von Querkräften
freigehalten werden soll. Zur Sicherung des Gleichdruckes in den einander gegenüberliegenden
Zylinderbohrungen beider Zylindertrommeln sind die benachbarten Kugelpfannen 8 jeweils
durch eine Bohrung 13 hydraulisch verbunden, so daß sich etwaige Druckunterschiede
ausgleichen können.
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Um eine möglichst große Hubleistung der Axialkolbenmaschine zu erreichen,
muß unter anderem die Zylindertrommelachse eine möglichst große Schräglage zur Triebscheibenachse
aufweisen. Zu diesem Zweck ist die An- bzw. Abtriebswelle 14 im Bereich der sie
umgebenden Zylindertrommel nur so stark bemessen, daß sie ausschließlich für die
Drehmomentübertragung ausreicht. Dies ist infolge der kompletten Eigenlagerung der
Triebscheibe 7 möglich. Zum Anschluß
an die Doppeltriebscheibe und
an die An- bzw. Abtriebsmaschine ist die Welle an ihren beiden Enden verstärkt und
mit Keilwellenprofil versehen.
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Zur axialen Fixierung der Welle 14 ist diese im Bereich der Triebscheibe
mit einer aus zwei Kugeln 15 und einer Zwischenfeder 16 bestehenden Rastvorrichtung
versehen, wobei die Kugeln in eine Ringnut der Triebscheibe einrasten.
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Zum Ein- und Ausbau der Triebwelle ist jeder Steuerspiegelkörper 2
mit einer zur Triebwellenachse exzentrisch verlagerten Parallelbohrung 17 ausgestattet,
deren Durchmesser so gewählt ist, daß sich der innere Wellenkopf knapp durch sie
hindurchführen läßt.
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Die unter sich völlig gleiche Gestaltung der Steuerspiegelkörper 2
ermöglicht es, wie im vorliegenden Beispiel (F i g. 1. ) allen vorkommenden An-
bzw. Abtriebswünschen dadurch zu entsprechen, daß die Triebwelle von der einen oder
anderen Seite eingeführt oder durchgehend gestaltet sein kann. Besonders vorteilhaft
sind die damit gegebenen Möglichkeiten, die Axialkolbenmaschine an die treibende
oder getriebene Maschine anzukuppeln.
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Zur Führung der Druckflüssigkeit (öl) dienen die zu den Zylinderbohrungen
in bekannter Weise geführten radialen Kanäle 18, welche mit in Längsrichtung verlaufenden
Sammelkanälen 19 verbunden sind, die zum Anschluß der Rohrleitung die Anschlußöffnung
20 aufweisen.
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Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist dieTriebscheibe 20, im Gegensatz
zu Fig. 1, in einem Wälzlager gelagert, wobei unter Verzicht auf die seitlichen
Lagernaben eine besonders leichtgängige und raumsparende Wälzlagerung dadurch erzielt
ist, daß die Innenlaufbahnen für die Wälzkörper unmittelbar am Umfang der Doppeltriebscheibe
20 angeschliffen sind, während die Außenlaufbahnen von zwei Laufringen 22
gebildet werden, die ihrerseits von einem Ring 23 zentriert und zwischen die Gehäusehälften
24a und 24 b eingeklemmt sind. Die Axialkolbenmaschine nach F i g. 2 weist gegenüber
derjenigen nach F i g. 1 den Vorteil kleinerer Außenabmessungen und geringeren Gewichts
auf und wird daher in vielen Fällen vorzuziehen sein.
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Da die Wirkungsweise von Axialkolbenmaschinen der beanspruchten Art
an sich bekannt ist, kann auf ihre Beschreibung verzichtet werden. Außerdem erübrigt
es sich, auf die weiteren in den Figuren gezeigten Einzelheiten näher einzugehen,
da diese nicht Gegenstand der Erfindung sind.