DE3716407A1 - Hydraulische uebertragungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Übertragungs­ vorrichtung, die in der Lage ist, entweder als Hydro­ pumpe zum Umsetzen mechanischer Energie in hydrau­ lische Energie, oder als Hydromotor, der in der Lage ist, hydraulische Energie in mechanische Energie um­ zusetzen, zu arbeiten. Insbesondere betrifft die Er­ findung einen Taumelscheiben-Axialkolben-Pumpenmotor, mit einer einen bestimmten Kippwinkel aufweisenden Taumel- oder Schrägscheibe.

Taumelscheiben-Axialkolben-Pumpenmotoren sind als hy­ draulische Übertragungsvorrichtungen zum Umsetzen mechanischer Energie in hydraulische Energie, oder um­ gekehrt, bekannt. Grundsätzlich gibt es zwei Typen von Taumelscheiben-Axialkolben-Pumpenmotoren: bei dem einen Typ handelt es sich um einen Axialkolben-Pumpen­ motor mit konstantem Hub, wobei die Taumel- oder Schrägscheibe in einem konstanten Kippwinkel angeord­ net ist; bei dem anderen Typ handelt es sich um einen Axialkolben-Pumpenmotor mit variablem Hub, bei dem sich der Kippwinkel der Taumelscheibe variieren läßt. Bezüglich des Umwandlungs-Prinzips bei der Energieum­ setzung unterscheiden sich diese beiden Pumpenmotor- Typen nicht.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel für einen herkömmlichen Axialkolben-Pumpenmotor mit veränderlichem Hub (verän­ derlicher Schluckmenge), wie er in der japanischen Patentveröffentlichung 39 569/1970 beschrieben ist.

Bei diesem Pumpenmotor ist ein Ende eines Gehäuses 14 (in Fig. 1 das linke Ende) geschlossen. Dort besitzt das Gehäuse eine Durchgangsbohrung zur Aufnahme einer Antriebswelle. Das andere Ende des Gehäuses 14 (in der Zeichnung das rechte Ende) ist offen. Die Antriebs­ welle 11 steht in Verbindung mit einer Antriebsquelle, z.B. einem (nicht gezeigten) Motor. Die Antriebswelle durchsetzt die Durchgangsbohrung und ist in dem einen Ende des Gehäuses 14 durch ein Lager 16 drehbar ge­ lagert.

Auf die Antriebswelle 11 ist eine Kolbentrommel 13 aufgekeilt. Die Kolbentrommel besitzt mehrere Zylinder 18 A, die um die Dreh-Längsachse der Antriebswelle in gleichmäßigen Winkelabständen verteilt angeordnet sind und parallel zu der Längsachse verlaufen. In jedem Zylinder 18 A ist ein Kolben 18 hin- und herverschieb­ lich aufgenommen. Jeder Kolben besitzt (links in der Zeichnung) ein mit einem kugelförmigen Kopf ausge­ stattetes Ende, welches drehbar mit einem entsprechen­ den Gleitschuh 19 in Eingriff steht, der in dauernder Berührung mit der ebenen Oberfläche einer kippbaren Taumel- oder Schrägplatte 20 in Eingriff gehalten wird, wenn sich die Kolbentrommel 13 dreht.

Ein Ende der Kolbentrommel 13 (in der Zeichnung das linke Ende) steht in Eingriff mit einer Aufnahmehülse 12, die eine sphärische Außenfläche besitzt und auf der Welle 11 angeordnet ist, um die Taumelscheibe 20 über die Gleitschuhe 19 und eine Andrückplatte 22 zu halten. Der Kippwinkel der Taumelscheibe 20 läßt sich durch einen in dem Gehäuse befindlichen Aktuator ver­ stellen.

Das offene Ende des Gehäuses 14 wird von einem rück­ wärtigen Deckel 15 über eine Durchlaßplatte (Ventil­ platte, Steuerplatte) 23 verschlossen, und das dem Deckel zugewandte Ende der Kolbentrommel 13 kann auf der Durchlaßplatte 23 gleiten. Im Mittelbereich der Durchlaßplatte 23 und des Deckels 15 sind koaxiale Löcher ausgebildet, in die das andere Ende 11 A der Antriebswelle 11 hineinragt, um von dem Deckel 15 ge­ lagert zu werden. Die auf die Antriebswelle 11 aufge­ keilte Kolbentrommel 13 wird in der beschriebenen Weise innerhalb des Gehäuses 14 gelagert. Die Durch­ laßplatte 23 und der Deckel 15 besitzen jeweils mehrere Einlässe und Auslässe 27, 26, die mit den ent­ sprechenden Zylindern 18 A in Verbindung treten, so daß die Vorrichtung als Axialkolbenpumpe arbeiten kann, indem sie Betriebsfluid von außen ansaugt und nach außen ausstößt, wenn die Antriebswelle 11 von einem Antriebsmotor gedreht wird, mit der Folge, daß sich die Kolbentrommel 13 dreht und sich die Kolben 18 hin­ und herbewegen. Andererseits kann die Vorrichtung als Axialkolbenmotor arbeiten, indem das Ansaugen und Ausstoßen von Betriebsfluid das Drehen der Antriebs­ welle veranlaßt.

Bei dem oben beschriebenen, herkömmlichen Taumel­ scheiben-Axialkolben-Pumpenmotor bilden jedoch die Kolbentrommel 13, die Antriebswelle 11 und das Halteteil 12 einzelne, separate Bauteile, wobei das Aufnahmeteil 12 durch Federn 30 im Inneren der Kolbentrommel 13 gegen die ringförmige, die Gleit­ schuhe berührende Andrückplatte 22 gedrängt wird. Deshalb ist der Gesamtaufbau der Vorrichtung kompli­ ziert, mit entsprechend hohen Herstellungskosten. Da außerdem die Kolbentrommel 13 und die Antriebs­ welle 14 aus einzelnen Bauteilen bestehen, kann es zu Spielräumen zwischen diesen beiden Teilen bei deren Zusammenbau kommen, mit der Folge einer möglichen Re­ lativbewegung zwischen diesen Teilen, so daß es im Betrieb zu störenden Geräuschen kommen kann.

Angesichts der oben aufgezeigten Probleme wurden ver­ schiedene Vorschläge zur Abhilfe gemacht, unter ande­ rem der Vorschlag, die Kolbentrommel, die Antriebs­ welle und das Aufnahmeteil einstückig auszubilden. Nach diesem Vorschlag wird die Stirnseite der Kolben­ trommel 13 (die rechte Stirnseite in Fig. 1) die von dem von dem Lager aufgenommenen Antriebswellen-Ende abgewandt ist und in Gleitkontakt mit der Durchlaß­ platte 23 steht, dadurch in dem Gehäuse 14 gelagert, daß das rückwärtige Ende 11 A der Antriebswelle 11 durch diese Stirnseite der Kolbentrommel 13 in den rückwärtigen Deckel 15 hinein vorsteht. Deshalb macht es diese Lagerung der rechten Stirnseite der Kolben­ trommel 13 erforderlich, daß das Ende 11 A der An­ triebswelle 11 nach hinten vorsteht. Allerdings stellt das vorstehende Ende der Antriebswelle ein Hindernis bei der Oberflächenbearbeitung der rückwärtigen Stirn­ seite der Kolbentrommel 13 dar und macht es schwierig, die rückseitige Stirnfläche mit hoher Präzision zu bearbeiten. Folglich ist es praktisch unmöglich, die Menge an Leckflüssigkeit, die zwischen der Stirnseite der Kolbentrommel 13 und der Durchlaßplatte 23 aus­ tritt, auf einen kleinen Wert zu begrenzen. Folglich arbeitet der bekannte Pumpenmotor nicht mit hohem Wir­ kungsgrad.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben aufgezeigten Probleme möglichst zu beseitigen und eine hydraulische Übertragungsvorrichtung zu schaffen, bei der durch eine Reduzierung der anfallenden Menge von Leckflüssigkeit der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen er­ geben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung sind Antriebswelle, Aufnahmeteil und Kolbentrommel als einstückige Struktur ausgebildet, bei der die Antriebs­ welle auf der Rückseite nicht über die rückseitige Stirnfläche der Kolbentrommel über die Durchlaßplatte hinaus vorsteht. Deshalb ist die Vorrichtung kompakt, und die einzelnen Teile können mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Die Anzahl der Bauteile der Vor­ richtung ist im Vergleich zum Stand der Technik re­ duziert. Der Betriebsgeräuschpegel wird gegenüber dem Stand der Technik spürbar gesenkt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch einen herkömmlichen Taumelscheiben-Axial­ kolben-Pumpenmotor,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Taumelscheiben-Axial­ kolben-Pumpenmotors, und

Fig. 3 eine Längsschnittansicht durch ein zwei­ tes Ausführungsbeispiel des erfindungs­ gemäßen Axialkolben-Pumpenmotors.

Fig. 2 zeigt eine Längsschnittansicht eines Taumel­ oder Schrägscheiben-Axialkolben-Pumpenmotors als hydraulische Übertragungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der Pumpenmotor nach diesem Ausführungsbeispiel ist als Taumelscheiben- Axialkolben-Pumpenmotor mit feststehender Taumelschei­ be ausgebildet. Diejenigen Bauteile, die oben bereits anhand von Fig. 1 erläutert wurden, sind in Fig. 2 (und in Fig. 3) mit gleichen Bezugszeichen versehen und sollen hier nur kurz angesprochen werden.

Nach Fig. 2 besitzt ein Gehäuse 14 einen geschlossenen Endabschnitt und einen offenen Endabschnitt auf der linken bzw. rechten Seite der Zeichnung. In einem mittleren Bereich des geschlossenen Endabschnitts des Gehäuses 14 ist eine Durchgangsbohrung gebildet, die von einer Antriebswelle 11, welche an einer Antriebs­ quelle, z.B. einem Motor M, angeschlossen ist, durch­ setzt wird, so daß die Welle von einem Lager 16 dreh­ bar im Gehäuse 14 gelagert ist. Der offene Endab­ schnitt des Gehäuses 14 wird von einem rückwärtigen Deckel 15 verschlossen, der mit Fluid-Saugdurchlässen (Einlässen) und Fluid-Druckdurchlässen (Auslässen) ausgestattet ist.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind die An­ triebswelle 11, ein auf der Antriebswelle 11 vorge­ sehenes und eine sphärische Außenfläche aufweisendes Aufnahmeteil 12 und eine Kolbentrommel 13 einstückig ausgebildet, z.B. als Guß- oder Schmiedeteil. In der Kolbentrommel 13 sind mehrere Zylinder 18 A angeordnet, von denen jeder einen hin- und herbewegbaren Kolben 18 aufnimmt. Am Ende jedes Kolbens befindet sich ein Kugelkopf, der drehbar mit einem entsprechenden Gleit­ schuh 19 in Eingriff steht. Jeder Gleitschuh 19 steht in Berührung mit einer unter konstantem Winkel am ge­ schlossenen Endabschnitt des Gehäuses 14 befestigten Taumelscheibe 20, so daß eine Schwingbewegung an der Taumel- oder Schrägscheibe 20 möglich ist. Die Gleit­ schuhe 19 werden dadurch in enger Berührung mit der Schrägscheibe 20 gehalten, daß sie von dem Aufnahme­ oder Rückhalteteil 12 über aus Stahl oder ähnlichem Material bestehende Federn 21 und eine Andrückplatte 22 beaufschlagt werden.

Das offene Ende des Gehäuses 14 wird abgedichtet durch den rückwärtigen Deckel 15. Der Deckel 15 steht über eine Durchlaßplatte 23 in enger Berührung mit dem rück­ wärtigen Endabschnitt der Kolbentrommel 13. Der rück­ wärtige Endabschnitt der Kolbentrommel 13 besitzt eine Ausnehmung 13 A, die etwa in dem Mittelbereich der Trommel ausgebildet ist. Ein vorstehender Abschnitt 15 A des Deckels 15, einstückig mit diesem ausgebildet, ist in die Ausnehmung der Kolbentrommel 13 eingesetzt, so daß er in einem Lager 17 drehbar aufgenommen, die Kolbentrommel 13 drehbar lagert.

Die Durchlaßplatte 23 ist mit mondförmigen Löchern 24 und 25 für den Fluid-Ausstoß bzw. das Fluid-An­ saugen ausgestattet. Die Löcher treten in Verbindung mit den Zylindern 18 A im Inneren der Kolbentrommel 13. Diese Löcher 24 und 25 erstrecken sich zum Deckel 15, und ihr Querschnitt konvergiert zu kreisförmigen Querschnitten der Ausstoß- und Ansaug-Durchlässe 26 und 27, die an eine externe Anordnung angeschlossen sind.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der oben beschrie­ benen Vorrichtung erläutert werden, und zwar die Arbeitsweise als Pumpe.

Wenn die Antriebswelle 11 von dem Antriebsmotor M an­ getrieben wird, dreht sich die Welle 11 zusammen mit dem Aufnahmeteil 12 und der Kolbentrommel 13, die einstückig mit der Welle 11 ausgebildet sind, inner­ halb des Gehäuses 14. Diese Drehung wird in nach links und nach rechts gerichtete Hin- und Herbewegungen der Kolben 18 umgesetzt, da die Kolben 18 über das Auf­ nahme- und Rückhalteteil 12, das elastische Teil 21 die Andrückplatte 22 und die Gleitschuhe 19 mit der Schrägscheibe 20 gekoppelt sind. Wenn sich jeweils ein Kolben 18 nach links bewegt, saugt dieser Kolben Fluid aus dem Saugdurchlaß 27 des Deckels 15 und das Loch 25 der Durchlaßplatte 23 in den zugehörigen Zylinder 18 A. Bewegt sich hingegen ein Kolben 18 nach rechts, so stößt dieser Kolben 18 Fluid durch das Loch 24 in der Durchlaßplatte 23 und den Auslaß 26 im Deckel 15 nach außen. Auf diese Weise arbeitet die Vorrichtung als hydraulische Axialkolbenpumpe und wandelt mecha­ nische Energie, die von dem Motor M erzeugt wird, in hydraulische Energie um.

Durch Umkehrung des oben beschriebenen hydraulischen Übertragungsvorgangs läßt sich die Vorrichtung auch als hydraulischer Axialkolbenmotor betreiben: indem die Kolben mit Fluid beaufschlagt werden, werden sie zu einer Hin- und Herbewegung veranlaßt, so daß die Antriebswelle durch die Drehung der Kolbentrommel gedreht wird.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2 gezeigten, ersten Ausführungsform dadurch, daß die miteinander in Eingriff stehenden Oberflächen der Kolbentrommel 13 und der Durchlaßplatte 23 A als sphärische Flächen ausgebildet sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besitzt die Durchlaßplatte 23 A eine konvexe, in Richtung auf die Antriebswelle 11 gerichtete sphärische Oberfläche, während die rück­ wärtige Stirnseite 13 C der Kolbentrommel 13, die in Berührung steht mit der Oberfläche der Durchlaßplatte 23 A als konkave sphärische Oberfläche ausgebildet ist, die zu der konvexen sphärischen Oberfläche der Durchlaßplatte 23 A paßt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß, selbst wenn die rückwärtige Stirn­ seite 13 C der Kolbentrommel 13 durch senkrecht zur Drehachse wirkende Kräfte versetzt zu werden trachtet, der Eingriff zwischen der Kolbentrommel 13 und der Durchlaßplatte 23 A nicht abträglich beeinflußt wird. Es versteht sich, daß sich eine ähnliche Wirkung erzielen läßt, wenn man die miteinander in Eingriff stehenden Flächen der Durchlaßplatte 23 A und der rückwärtigen Stirnseite 13 C der Kolbentrommel 13 mit in entgegengesetzter Richtung gekrümmten sphärischen Oberflächen ausstattet.

Eine zweite Besonderheit des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 besteht darin, daß die Saug- und Druck-Durch­ lässe 27 und 26 in dem rückwärtigen Deckel 15 jeweils als abgestufte Bohrung ausgebildet sind, und daß ein Federglied 29 zwischen der Durchlaßplatte 23 A und der abgestuften Schulter eingefügt ist, um eine Buchse 28 in Richtung auf die Durchlaßplatte 23 A zu drücken und dadurch die Durchlaßplatte 23 A in Richtung auf die rückwärtige Stirnseite der Kolben­ trommel 13 zu drängen und so den Eingriff zwischen diesen beiden Teilen zu verbessern. Ist der Fluid­ druck gering, so hat diese Andrückkraft die Wirkung, einen Abfall der Fluiddichtigkeit zu verhindern. Selbstverständlich kann diese Besonderheit mit den abgestuften Bohrungen und den darin eingesetzten Buchsen und Federn auch bei der Ausführungsform nach Fig. 2 realisiert werden.

Die hervorragende Abdichtung läßt sich noch weiter verbessern, indem man in dem Eingriffsabschnitt zwischen dem Deckel 15 und dem Gehäuse ein Dichtungs­ teil, z.B. einen O-Ring 31 vorsieht.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind Federglieder 21 zwischen der Andrückplatte 22 und dem Aufnahmeteil 12 vorgesehen, um die Gleitschuhe 19 in Berührung mit der Schrägscheibe 20 zu halten. Allerdings kann eine Zunahme der Bauteil-Zahl zu einem komplizierten Aufbau und zu einer Zunahme der Ursachen für Geräusche zwischen bewegten Teilen führen. Deshalb ist, wie Fig. 3 zeigt, diese Ausführungsform derart ausgestaltet, daß die Andrückplatte 22, die aus einem elastischen Material besteht, z.B. aus Phosphorbronze oder Federstahl, zwischen den Gleit­ schuhen 19 und dem Aufnahmeteil 12 angeordnet, um so die Federglieder 21 überflüssig zu machen. Durch diese Anordnung läßt sich die Anzahl der Bauteile reduzieren und somit die möglichen Quellen für Ge­ räuschentwicklungen herabsetzen.

Die obige Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung betrifft einen Axialkolben-Pumpenmotor mit konstantem Hub, wobei eine Taumel- oder Schrägscheibe unter festem Kippwinkel vorgesehen ist. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung auch anwendbar ist bei einem Axialkolben-Pumpenmotor mit variablem Hub, wie er unter Bezug auf Fig. 1 erläutert wurde, und bei dem der Kippwinkel der Taumelscheibe variiert werden kann.

Der erfindungsgemäße Taumelscheiben-Axialkolben- Pumpenmotor zeichnet sich durch folgende Vorteile aus: da die Antriebswelle, das Aufnahme- und Rück­ halteteil und die Kolbentrommel einen einstückigen, integrierten Aufbau besitzen, vereinfacht sich die Gesamtstruktur der Vorrichtung und gleichzeitig erhöht sich die Zuverlässigkeit bei geringeren Kosten. Da außerdem die Antriebswelle, das Aufnahmeteil und die Kolbentrommel einstückig ausgebildet sind, ist die Entstehung von Lücken zwischen diesen Teilen aus­ geschlossen, und damit ist auch das Risiko von Ge­ räuschentwicklungen bei Lastschwankungen beseitigt. Da z.B. an einem Ende der Antriebswelle kein Vor­ sprung vorgesehen sein muß, der durch die Stirnseite der Kolbentrommel am Ende der Antriebswelle vorsteht, läßt sich die Stirnseite der Kolbentrommel mit großer Genauigkeit oberflächenbearbeiten, was zur Folge hat, daß die Menge von Leckfluid, das zwischen der Kolbentrommel und der Durchlaßplatte austreten kann, sehr gering gehalten werden kann. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung. Da außerdem die rückseitige Stirnfläche der Kolbentrommel und die Innenseite der Durchlaßplatte, die in gleitendem Ein­ griff mit der Stirnseite steht, mit angepaßten sphärischen Flächen ausgebildet sind, wird das In-Eingriff-Stehen zwischen diesen Flächen verbessert, so daß die Menge von Leckfluid, das zwischen diesen Flächen auftreten kann, selbst dann klein ist, wenn die Kolbentrommel durch eine externe Kraft einer Biegebeanspruchung ausgesetzt wird.

Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Haften zwischen der Kolbentrommel und der Durchlaß­ platte dadurch verbessert, daß Dichtungsringe vorge­ sehen sind, welche die Federkraft elastischer Glieder und den auf die rückwärtige Stirnseite der Durchlaß­ platte wirkenden Druck übertragen, wobei die einen Enden der Dichtungsringe in Berührung mit der Rück­ seite der Durchlaßplatte gebracht werden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vor­ richtung ist in der Verringerung der Bauteile-Zahl und der Herabsetzung der möglichen Geräusch-Quellen durch Verwendung eines elastischen Teils an Andrück­ platte zu sehen. Dadurch wird ein zwischen dem An­ drück- und Rückhalteteil und der Andrückplatte be­ findliches elastisches Teil überflüssig.

Claims (4)

1. Hydraulische Übertragungsvorrichtung zum Umsetzen hydraulischer Energie in mechanische Energie, oder umge­ kehrt, gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (11), ein Aufnahmeteil (12) und eine Kolbentrommel (13), die in einem Gehäuse (14) aufgenommen und einstückig miteinander ausgebildet sind, eine etwa im Mittelbereich der einem offenen Ende des Gehäuses (14) zugewandten Kol­ bentrommel-Stirnseite ausgebildete Ausnehmung (13 A), und einen das offene Ende des Gehäuses (14) verschließenden Deckel (15) mit einem vorstehenden Abschnitt (15 A), der eine Durchlaßplatte (23) durchsetzt und mit der Ausnehmung der Kolbentrommel (13) über ein Lager (17) in Eingriff steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ trommel und die Durchlaßplatte (23) miteinander in Eingriff stehende Gleitflächen besitzen, die als aneinander angepaßte sphärische Flächen ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (15) mit Saug- und mit Druck-Löchern (26, 27) ausge­ stattet ist, die jeweils als Stufenbohrungen ausge­ bildet sind, wobei der Abschnitt größeren Durch­ messers der Kolbentrommel zugewandt ist, und daß in jeder abgestuften Bohrung im Bereich größeren Durch­ messers ein Dichtungsglied (28) und ein Federglied (29) derart angeordnet sind, daß jeweils ein Feder­ glied (29) die Durchlaßplatte (23) über ein Dichtungs­ glied (28) beaufschlagt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben­ trommel (13) mehrere Kolben (18) aufweist, die in Eingriff mit einer Taumelscheibe (20) stehen, welche an dem geschlossenen Endabschnitt des Gehäuses (14) befestigt ist.