EP0433730A1 - Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise - Google Patents
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- EP0433730A1 EP0433730A1 EP90122886A EP90122886A EP0433730A1 EP 0433730 A1 EP0433730 A1 EP 0433730A1 EP 90122886 A EP90122886 A EP 90122886A EP 90122886 A EP90122886 A EP 90122886A EP 0433730 A1 EP0433730 A1 EP 0433730A1
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- piston machine
- machine according
- swashplate
- swivel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
- F04B1/2014—Details or component parts
- F04B1/2078—Swash plates
- F04B1/2085—Bearings for swash plates or driving axles
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F01B3/0032—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/26—Control
- F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
- F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
- F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
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- Y10T74/18056—Rotary to or from reciprocating or oscillating
- Y10T74/18296—Cam and slide
- Y10T74/18336—Wabbler type
Definitions
- the invention relates to an axial piston machine in a swashplate design according to the preamble of claim 1.
- Such an axial piston machine is known from DE-OS 37 33 083, the swash plate of which is pivotally supported on the housing via a pivot bearing off-center of the drive shaft axis.
- the swivel bearing consists of housing support surfaces which are radial with respect to the drive shaft and convex projections supported by them on the rear of the swash plate, which is opposite the active surface supporting the pistons.
- the contact surfaces between the convex projections and the housing support surfaces define the effective pivot axis about which the swash plate can be pivoted.
- the swashplate swiveling Due to the arrangement of the swivel bearing off-center of the drive shaft axis and at the distance corresponding to the swashplate thickness from the swashplate effective surface, the swashplate swiveling has a radial movement component directed in such a way that a reduction in distance between the inner swashplate edge of the swashplate part rising from the housing support surfaces and the drive shaft enters. The theoretically maximum achievable swivel angle is reached when the distance is reduced to 0.
- the effective pivot axis is radially adjustable in a direction opposite to the direction of the radial movement component of the swashplate effective surface.
- the inner swash plate edge which approaches or more closely approaches the drive shaft during the pivoting is withdrawn from the drive shaft.
- This withdrawal is directly converted into an increase in the swivel angle.
- the reduction in distance can be completely eliminated or even reversed in an increase in distance.
- the solution according to the invention can be applied to all axial piston machines in a swashplate design, that is to say to machines whose swashplates are mounted both outside the plane of their active surface in the center or off-center to the drive shaft axis and in the plane of their active surface off-center of the drive shaft axis.
- both of them approach each other from one to the effective swivel axis vertical straight cut sections of the inner swashplate edge of the drive shaft, the section further away from the swivel axis to a greater extent than the closer one.
- the radial adjustment of the effective pivot axis takes place counter to the direction of the radial movement component of this section which is further away from the effective pivot axis.
- the solution according to the invention is also applicable to axial piston machines whose swash plate can be pivoted in both directions, ie from -V to + V.
- the effective swivel axis can be adjusted radially simultaneously with the swashplate swiveling and preferably by the same. This enables swashplate swiveling to be carried out quickly and easily.
- the swash plate is pivotally supported on the housing of the axial piston machine via a swivel bearing arrangement defining the effective swivel axis, the swivel bearing arrangement being guided radially displaceably on the housing in a guide arrangement extending in the direction of the radial movement component of the swash plate active surface.
- the guide arrangement can comprise two guides arranged at a mutual distance and the swivel bearing arrangement two swivel hemispheres, each guided in one of the guides, as well as two half-shells mounted on the swash plate and formed thereon.
- the swash plate is rotatable about two pivots parallel to the effective swivel axis in two formed on opposite housing parts, each running in a plane perpendicular to the effective swivel axis, which extend in such a way that they move along the swash plate pivoting of the pivot bearing arrangement Guide arrangement with the Forcing the direction of the radial movement component of the swashplate effective surface in the opposite direction.
- the effective swivel axis is arranged outside the plane of the swashplate effective surface, it being able to intersect the drive shaft axis when the swashplate is in the zero position.
- the axis of rotation of the pivot pin can intersect the drive shaft axis when the swash plate is in the zero position, so that with positive guides running parallel to the drive shaft axis, the swash plate in both possible directions, i.e. both clockwise and counterclockwise, can be pivoted with the radial adjustment according to the invention of the effective pivot axis.
- the axis of rotation is arranged to the side of the drive shaft axis when the swash plate is in the zero position and / or the positive guides run at an angle to the drive shaft axis, preferably in the direction of the effective swivel axis when the swash plate is in the zero position.
- the guide angle can be substantially the same as the swivel angle of the swash plate that is fully swiveled out.
- the effective swivel axis is arranged to the side of the drive shaft axis, as a result of which swashplate swivel is preferably also achieved in one of the two directions, for example under the action of the hydraulic piston force.
- Each pivot is advantageously mounted in a sliding block guided in each positive guidance.
- the pivotable arrangement with hydrostatic support is mounted in the guide arrangement.
- at least one through-channel connects through each swivel hemisphere a groove formed in its flat sliding surface with a groove formed in its spherical sliding surface.
- At least one transverse channel can be provided in each swivel hemisphere, which connects a further groove formed in its spherical sliding surface to the through channel.
- a lubricating oil line opening into the guides is advantageously provided in the housing.
- the lubricating oil can also be supplied via a longitudinal bore in the adjustment device and connected transverse bores in the swash plate, the transverse bores opening into one of the grooves in the spherical sliding surfaces of the swivel hemispheres.
- An intermittent supply of lubricating oil from the cylinder bores is preferably carried out via an axial bore through the pistons, the ball heads and the sliding shoes and a through bore leading to the swivel hemispheres in the swash plate, which is on the one hand in the half-shells in the area of the grooves and on the other hand in the swash plate Effective area opens out on the slide shoe track.
- the axial piston machine shown in the drawing comprises a cup-shaped housing 1, a drive shaft 2 with a drive shaft axis 3, a cylinder block 4, a swash plate 5 and a control or distributor body 6.
- the housing 1 has an essentially square cross section and has a housing base 7 and four adjoining housing walls 8, on the free ends of which a housing cover 9 is detachably fastened.
- the drive shaft 2 protrudes through a through hole in the housing base 7 into the interior of the housing 1 and is rotatably supported by a roller bearing 10 in this through hole and, not shown, in a blind hole in the housing cover 9.
- the drive shaft 2 passes through a central through-bore of the distributor body 6, the cylinder block 4 and the swash plate 5 in the interior of the housing 1.
- the distributor body 6 is fastened to the housing cover 9 and is provided with two through openings in the form of kidney-shaped control slots 11, each of which is connected to a suction or pressure port, not shown, of the axial piston machine.
- the spherical control surface 12 of the distributor body 6 facing away from the housing cover 9 also serves as an axial bearing surface for the cylinder block 4.
- the cylinder block 4 is non-rotatably connected to the drive shaft 2 by means of a keyway connection 13 and has axially parallel cylinder bores 14 which are arranged uniformly on a partial circle coaxial with the drive shaft axis and open out freely via outlet channels 15 on the axial cylinder block bearing surface facing the distributor body 6.
- the mouth channels 15 are arranged on the same pitch circle as the control slots 11.
- Pistons 16, which are guided axially displaceably within the cylinder bores 14, are provided at their ends facing the housing base 7 with ball heads 17, which are mounted in sliding shoes 18 and are supported by these on an active surface 19 of the swash plate 5 supported on the housing base 7.
- Channels 38 which run axially through the pistons 16 and the sliding shoes 18 and are only indicated in the latter, supply the sliding surfaces between the ball heads 17 and the sliding shoes 18 and the path of the latter on the swashplate active surface 19 with lubricating oil.
- the print head 22 of spherical cut-out shape is attached to a sleeve-like extension of the cylinder block 4 and penetrated by the drive shaft 2.
- the thrust washer 23 is movably supported with its inner edge on the outer surface of the print head 22 and is in contact with slide shoe protrusions 25 with bores 24 engaging around free end sections of the slide shoes 18.
- the swash plate 5 is about a swivel bearing arrangement
- Effective pivot axis 26 is pivotally supported on the housing base 7 off-center of the drive shaft axis 3, that is to say offset to the left in accordance with the drawing.
- the swivel bearing arrangement consists of two swivel hemispheres 27 and two half shells 28 mounted on them, which are formed in mutually opposite edge regions of the swashplate rear side opposite the swashplate active surface 19.
- the effective pivot axis 26 is defined by the two centers of the pivot hemispheres 27.
- swivel hemispheres 27 are each displaceably guided in a radial guide 29, which is radial with respect to the drive shaft 2 and perpendicular to the effective swivel axis 26 and is only indicated in the drawing, in the housing base 7.
- a radial guide 29 which is radial with respect to the drive shaft 2 and perpendicular to the effective swivel axis 26 and is only indicated in the drawing, in the housing base 7.
- the central through-bore 30 of the swash plate 5 is arranged off-center of the drive shaft axis 3, ie shifted to the right in FIG. 1.
- the central through bore 30 is essentially elliptical, its larger diameter extending perpendicular to the effective pivot axis 26 and allowing the swash plate 5 to be pivoted into the maximum pivot position shown in FIG. 2.
- An adjusting device 31 in the form of a rod which can be displaced in the direction of the housing base 7 by a drive (not shown) is mounted in a nose which is attached laterally to the swash plate 5.
- the swashplate active surface 19 or a point P lying on it has a radially directed movement component R, which indicates the swashplate active surface, when the swashplate 5 is pivoted about the effective pivot axis 26, as indicated by an arrow V. 19 laterally to the right in FIG. 4 shifts until the point S located on it, in which the larger diameter of the central through bore 30 intersects its inner edge 32, bears against the drive shaft 2 in the position S 'and thus prevents further swiveling of the swash plate 5 beyond the swivel angle ⁇ obtained.
- a positive guidance arrangement which, when swashing the swivel plate of the effective swivel axis 26, has a radial movement RE with respect to the drive shaft 2 with a direction of the radial movement component R. the swashplate effective surface 19 forces opposite direction.
- two parallel positive guides 33 are formed in the housing walls 8 cut by the effective pivot axis 26, in which the swash plate 5 is rotatably guided in each of a sliding block 35 with a pivot 34 running parallel to the effective pivot axis 26.
- the pivot pins 34 are located on the right-hand side of the drive shaft axis 3 in FIG. 4, both when the swash plate 5 is not swung out and when it is fully swiveled out.
- the constrained guides 33 run so obliquely at a guide angle ⁇ 'to the drive shaft axis 3 that their longitudinal center axes 36 meet extend into the fourth quadrant Q of an imaginary coordinate system xy, the coordinate origin of which lies on the axis of rotation 37 of the pivot pin 34 and the y axis of which runs parallel to the drive shaft axis 3.
- the effective pivot axis 26 is arranged in the fourth quadrant Q.
- the longitudinal center axes 36 of the positive guides 33 run in the direction of the effective pivot axis 26.
- the guide angle ⁇ 'of the forced guides 33 is equal to the swivel angle ⁇ which is complete swung-out swash plate 5.
- the positive guides 33 can also run parallel or in other directions obliquely to the drive shaft axis 3, such as in the direction of the first quadrant, the radial adjustment path of the effective swivel axis 26 being limited depending on the size of the guide angle ⁇ '.
- the ball heads 17 in the slide shoes 18 are supported hydrostatically on the active surface 19 of the swash plate 5.
- the lubricating oil required for hydrostatic support is supplied from the cylinder bores 14 via axial bores 38 in the pistons 16, the ball heads 17 and the sliding shoes 18 (only shown in the latter).
- the lubricating oil can be supplied to the swivel hemispheres 27 via lubricating oil lines 43 to the guides 29 and thus to the grooves 41 in the sliding surfaces of the swivel hemispheres 27.
- the lubricating oil supply can take place through a longitudinal bore 44 in the adjusting device 31 and adjoining transverse bores 45 through the swash plate 5. The transverse bores 45 open out in the grooves 41 in the spherical surfaces of the swivel hemispheres 27.
- the axial piston machine according to the invention can be known Be operated both as a motor and as a pump. Their function is described below only with reference to the radial adjustment of the effective swivel axis according to the invention:
- the swash plate 5 is acted upon more strongly on its right side in FIG. 1 than on its left side by the oil pressure and the force of the compression spring 20 and is acted upon on it Way in the fully pivoted position shown in Fig. 2 held.
- the adjustment of the axial piston pump to a lower delivery volume up to the zero position with zero delivery shown in FIG. 1 is carried out by applying force to the adjusting device 31 on the housing base 7.
- the swash plate 5 pivots counterclockwise about the effective pivot axis 26, as indicated by the arrow V in FIG. 4.
- a radial force component directed to the left in FIG. 4 is exerted on the swiveling hemispheres 27 by the constrained guides 33 via the swash plate 5 and this or the effective swiveling axis 26 is thus subjected to a movement RE along the guides 29 with a sense of direction of the radial movement component R of the swashplate active surface 19 in the opposite direction.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Aus der DE-OS 37 33 083 ist eine derartige Axialkolbenmaschine bekannt, deren Schrägscheibe außermittig der Triebwellenachse über ein Schwenklager schwenkbar am Gehäuse abgestützt ist. Das Schwenklager besteht aus bezüglich der Triebwelle radialen Gehäuse-Stützflächen und von diesen abgestützten konvexen Vorsprüngen an der Schrägscheiben-Rückseite, welche der die Kolben abstützenden Wirkfläche gegenüberliegt. Die Berührungsflächen zwischen den konvexen Vorsprüngen und den Gehäuse-Stützflächen definieren die wirksame Schwenkachse, um die die Schrägscheibe schwenkbar ist. Aufgrund der Anordnung des Schwenklagers außermittig der Triebwellenachse und in dem der Schrägscheibendicke entsprechenden Abstand von der Schrägscheiben-Wirkfläche weist letztere bei der Schrägscheiben-Verschwenkung eine derart gerichtete radiale Bewegungskomponente auf, daß eine Abstandsverringerung zwischen dem inneren Schrägscheibenrand des sich von den Gehäuse-Stützflächen abhebenden Schrägscheibenteils und der Triebwelle eintritt. Der theoretisch maximal erzielbare Schwenkwinkel ist bei einer Abstandsverringerung auf 0 erreicht. Diese Abstandsverringerung ist bei der bekannten Axialkolbenmaschine jedoch größer als der Betrag der vorgenannten radialen Bewegungskompenente, und zwar um den Betrag einer weiteren gleichsinnig gerichteten radialen Bewegungskomponente, die sich dadurch ergibt, daß während der Schrägscheiben-Verschwenkung die konvexen Vorsprünge zur Vermeidung von Gleitreibung auf den Gehäuse-Stützflächen in Richtung der Triebwellenachse abrollen und die wirksame Schwenkachse sich folglich mit gleichem Richtungssinn verlagert. Dementsprechend ist der tatsächlich erzielbare maximale Schwenkwinkel geringer als der Anordnung des Schwenklagers relativ zur Triebwellenachse und zur Schrägscheiben-Wirkfläche entspricht.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Axialkolbenmaschine der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß deren Schrägscheibe auf größere Schwenkwinkel einstellbar ist.
- Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die wirksame Schwenkachse in einem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente der Schrägscheiben-Wirkfläche entgegengesetzten Richtungssinn radial verstellbar ist. Auf diese Weise wird entsprechend der Größe der radialen Verstellung der wirksamen Schwenkachse der sich während der Verschwenkung an die Triebwelle annähernde bzw. sich stärker annähernde innere Schrägscheibenrand von der Triebwelle zurückgenommen. Diese Zurücknahme wird direkt in eine Vergrößerung des Schwenkwinkels umgesetzt. Die Abstandsverringerung kann völlig aufgehoben oder sogar in eine Abstandsvergrößerung umgekehrt werden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung können unter voller Ausnutzung der von der Triebwelle durchsetzten Schrägscheiben-Durchgangsbohrung, d.h. ohne Vergrößerung derselben und somit ohne Festigkeitseinbußen, Schwenkwinkel größer als 20° eingestellt werden.
- Die erfindungsgemäße Lösung ist auf sämtliche Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise anwendbar, d.h. auf Maschinen, deren Schrägscheiben sowohl außerhalb der Ebene ihrer Wirkfläche mittig oder außermittig zur Triebwellenachse als auch in der Ebene ihrer Wirkfläche außermittig der Triebwellenachse gelagert sind. Im letzteren Fall nähern sich bei der Verschwenkung der Schrägscheibe beide einander gegenüberliegenden, von einer zur wirksamen Schwenkachse senkrechten Geraden geschnittene Abschnitte des inneren Schrägscheibenrandes der Triebwelle an, der weiter von der Schwenkachse entfernte Abschnitt im stärkeren Maße als der näher gelegene. Die radiale Verstellung der wirksamen Schwenkachse erfolgt in einem solchen Fall entgegen dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente dieses weiter von der wirksamen Schwenkachse entfernten Abschnittes. Die erfindungsgemäße Lösung ist außerdem anwendbar auf Axialkolbenmaschinen, deren Schrägscheibe in beiden Richtungen d.h. von -V bis +V verschwenkbar ist.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die wirksame Schwenkachse gleichzeitig mit der Schrägscheiben-Verschwenkung und vorzugsweise durch dieselbe radial verstellbar. Dadurch wird eine schnelle und einfach durchzuführende Schrägscheiben-Verschwenkung erzielt.
- Vorteilhafterweise ist die Schrägscheibe über eine die wirksame Schwenkachse definierende Schwenklageranordnung schwenkbar am Gehäuse der Axialkolbenmaschine abgestützt, wobei die Schwenklageranordnung in einer sich in Richtung der radialen Bewegungskomponente der Schrägscheiben-Wirkfläche erstreckenden Führungsanordnung am Gehäuse radial verschiebbar geführt ist. Dabei kann die Führungsanordnung zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Führungen und die Schwenklageranordnung zwei in je einer der Führungen geführte Schwenkhalbkugeln sowie zwei auf diesen gelagerte, an der Schrägscheibe ausgebildete Halbschalen umfassen.
- Vorzugsweise ist die Schrägscheibe über je zwei zur wirksamen Schwenkachse parallele Drehzapfen drehbar in zwei an gegenüberliegenden Gehäuseteilen ausgebildete, in je einer zur wirksamen Schwenkachse senkrechten Ebene verlaufende Zwangsführungen geführt, die sich derart erstrecken, daß sie bei der Schrägscheiben-Verschwenkung der Schwenklageranordnung eine Bewegung entlang der Führungsanordnung mit dem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente der Schrägscheiben-Wirkfläche entgegengesetzten Richtungssinn aufzwingen.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die wirksame Schwenkachse außerhalb der Ebene der Schrägscheiben-Wirkfläche angeordnet, wobei sie bei Schrägscheiben-Nullstellung die Triebwellenachse schneiden kann. Außerdem kann die Drehachse der Drehzapfen bei Schrägscheiben-Nullstellung die Triebwellenachse schneiden, so daß bei parallel zur Triebwellenachse verlaufenden Zwangsführungen die Schrägscheibe in beiden möglichen Richtungen, d.h. sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegengesetzt zum Uhrzeigersinn, mit der erfindungsgemäßen radialen Verstellung der wirksamen Schwenkachse verschwenkbar ist.
- Zur Verschwenkung der Schrägscheibe in bevorzugt eine Richtung ist es günstig, wenn die Drehachse bei Schrägscheiben-Nullstellung seitlich der Triebwellenachse angeordnet ist und/oder die Zwangsführungen unter einem Führungswinkel schräg zur Triebwellenachse, vorzugsweise in Richtung der wirksamen Schwenkachse bei Schrägscheiben-Nullstellung, verlaufen. Dabei kann der Führungswinkel im wesentlichen gleich dem Schwenkwinkel der vollständig ausgeschwenkten Schrägscheibe sein.
- Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die wirksame Schwenkachse bei Schrägscheiben-Nullstellung seitlich der Triebwellenachse angeordnet, wodurch ebenfalls bevorzugt eine Verschwenkung der Schrägscheibe in eine der beiden Richtungen, beispielsweise unter der Wirkung der hydraulischen kolbenkraft, erreicht wird.
- Vorteilhafterweise ist jeder Drehzapfen in einem in jeder Zwangsführung geführten Kulissenstein gelagert.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die schwenkbare Anordnung mit hydrostatischer Abstützung in der Führungsanordnung gelagert. Zu diesem Zweck ist es günstig, wenn wenigstens ein Durchgangskanal durch jede Schwenkhalbkugel eine in deren ebenen Gleitfläche ausgebildete Nut mit einer in deren sphärischen Gleitfläche ausgebildeten Nut verbindet. Dabei kann wenigstens ein Querkanal in jeder Schwenkhalbkugel vorgesehen sein, der eine in deren sphärischen Gleitfläche ausgebildete weitere Nut mit dem Durchgangskanal verbindet.
- Zur Schmierölzufuhr zu den Nuten in den ebenen Gleitflächen der Schwenkhalbkugeln ist vorteilhafterweise je eine in den Führungen ausmündende Schmierölleitung im Gehäuse vorgesehen. Die Schmierölzufuhr kann auch über eine Längsbohrung in der Verstelleinrichtung und angeschlossene Querbohrungen in der Schrägscheibe erfolgen, wobei die Querbohrungen in je einer der Nuten in den sphärischen Gleitflächen der Schwenkhalbkugeln ausmünden. Eine intermittierende Schmierölzufuhr von den Zylinderbohrungen aus erfolgt vorzugsweise über je eine durch die Kolben, die Kugelköpfe und die Gleitschuhe hindurchführende Axialbohrung sowie je eine zu den Schwenkhalbkugeln führende Durchgangsbohrung in der Schrägscheibe, die einerseits in den Halbschalen im Bereich der Nuten und andererseits in der Schrägscheiben-Wirkfläche auf deren Gleitschuhbahn ausmündet.
- Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- einen Längsschnit der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel mit einer in der Nullstellung befindlichen Schrägscheibe,
- Fig. 2
- einen Längsschnitt der Axialkolbenmaschine nach Fig. 1 mit vollständig ausgeschwenkter Schrägscheibe,
- Fig. 3
- einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung der Schrägscheibe in der Nullstellung und in der völlig ausgeschwenkten Stellung gemäß der Erfindung sowie die maximal erzielbare Schwenkstellung der Schrägscheibe ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung, und
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung der Schmierölzufuhr zur Schrägscheibe.
- Die in der Zeichnung dargestellte Axialkolbenmaschine umfaßt ein topfförmiges Gehäuse 1, eine Triebwelle 2 mit einer Triebwellenachse 3, einen Zylinderblock 4, eine Schrägscheibe 5 und einen Steuer- oder Verteilerkörper 6.
- Das Gehäuse 1 ist von im wesentlichen quadratischem Querschnitt und weist einen Gehäuseboden 7 sowie vier sich daran anschließende Gehäusewandungen 8 auf, an deren freien Enden ein Gehäusedeckel 9 lösbar befestigt ist.
- Die Triebwelle 2 ragt durch eine Durchgangsbohrung im Gehäuseboden 7 in das Innere des Gehäuses 1 hinein und ist mittels einen Wälzlagers 10 in dieser Durchgangsbohrung sowie in nicht gezeigter Weise in einer Sackbohrung im Gehäusedeckel 9 drehbar gelagert. Die Triebwelle 2 durchsetzt im Inneren des Gehäuses 1 jeweils eine zentrale Durchgangsbohrung des Verteilerkörpers 6, des Zylinderblockes 4 und der Schrägscheibe 5.
- Der Verteilerkörper 6 ist am Gehäusedeckel 9 befestigt und mit zwei durchgehenden öffnungen in Form von nierenförmigen Steuerschlitzen 11 versehen, die jeweils an einen nicht gezeigten Saug- bzw. Druckstutzen der Axialkolbenmaschine angeschlossen sind. Die dem Gehäusedeckel 9 abgewandte und sphärisch ausgebildete Steuerfläche 12 des Verteilerkörpers 6 dient gleichzeitig als axiale Lagerfläche für den Zylinderblock 4.
- Der Zylinderblock 4 ist mittels einer Keilnut-Verbindung 13 drehfest mit der Triebwelle 2 verbunden und weist achsparallele Zylinderbohrungen 14 auf, die gleichmäßig auf einem zur Triebwellenachse koaxialen Teilkreis angeordnet sind und über Mündungskanäle 15 an der dem verteilerkörper 6 zugewandten axialen Zylinderblock-Lagerfläche frei ausmünden. Die Mündungskanäle 15 sind auf dem gleichen Teilkreis wie die Steuerschlitze 11 angeordnet. Innerhalb der Zylinderbohrungen 14 axial verschiebbar geführte Kolben 16 sind an ihren dem Gehäuseboden 7 zugewandten Enden mit Kugelköpfen 17 versehen, die in Gleitschuhen 18 gelagert sind und sich über diese an einer Wirkfläche 19 der am Gehäuseboden 7 abgestützen Schrägscheibe 5 abstützen. Kanäle 38, die axial durch die Kolben 16 und die Gleitschuhe 18 verlaufen und lediglich in letzteren angedeutet sind, versorgen die Gleitflächen zwischen den Kugelköpfen 17 und den Gleitschuhen 18 sowie die Bahn der letzteren auf der Schrägscheiben-Wirkfläche 19 mit Schmieröl.
- Eine am Zylinderblock 4 innerhalb dessen Durchgangsbohrung abgestützte und die Triebwelle 2 umgebende Druckfeder 20 drückt über Druckstifte 21, einen Druckkopf 22 und eine ringförmige Druckscheibe 23 auf die Gleitschuhe 18 und hält diese somit in Anlage an der Wirkfläche 19 der Schrägscheibe 5. Der Druckkopf 22 von kugelausschnittsähnlicher Form ist an einer hülsenartigen Verlängerung des Zylinderblocks 4 befestigt und von der Triebwelle 2 durchsetzt. Die Druckscheibe 23 ist mit ihrem Innenrand auf der Mantelfläche des Druckkopfes 22 beweglich gelagert und liegt, mit Bohrungen 24 freie Endabschnitte der Gleitschuhe 18 umgreifen, an Gleitschuhvorsprüngen 25 an.
- Die Schrägscheibe 5 ist über eine Schwenklageranordnung um eine wirksame Schwenkachse 26 schwenkbar am Gehäuseboden 7 außermittig der Triebwellenachse 3, d.h. dieser gegenüber gemäß der Zeichnung nach links versetzt, abgestützt. Die Schwenklageranordnung besteht aus zwei Schwenkhalbkugeln 27 und zwei auf diesen gelagerten Halbschalen 28, die in einander gegenüberliegenden Randbereichen der der Schrägscheibenwirkfläche 19 gegenüberliegenden Schrägscheibenrückseite ausgebildet sind. Die wirksame Schwenkachse 26 ist von den beiden Mittelpunkten der Schwenkhalbkugeln 27 definiert. Diese Schwenkhalbkugeln 27 sind in je einer bezüglich der Triebwelle 2 radial und zur wirksamen Schwenkachse 26 senkrecht verlaufenden, in der Zeichnung lediglich angedeuteten Radialführung 29 im Gehäuseboden 7 verschiebbar geführt. In der nicht ausgeschwenkten Stellung oder Nullstellung der Schrägscheibe 5 verläuft, wie in Fig. 1 gezeigt, deren Wirkfläche 19 radial zur Triebwellenachse 3; außerdem ist, wie in Fig. 1 zu erkennen, die zentrale Durchgangsbohrung 30 der Schrägscheibe 5 außermittig der Triebwellenachse 3, d.h. in Fig. 1 nach rechts verschoben, angeordnet. Die zentrale Durchgangsbohrung 30 ist im wesentlichen ellipsenförmig ausgebildet, wobei ihr größerer Durchmesser sich senkrecht zur wirksamen Schwenkachse 26 erstreckt und eine die Verschwenkung der Schrägscheibe 5 bis in die in Fig. 2 gezeigte maximale Schwenkstellung ermöglicht.
- Eine Verstelleinrichtung 31 in Form einer von einem nicht gezeigten Antrieb in Richtung des Gehäusebodens 7 verschiebbare Stange ist in einer seitlich an die Schrägscheibe 5 angesetzten Nase gelagert.
- Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt, weist die Schrägscheiben-Wirkfläche 19 bzw. ein auf ihr liegender Punkt P bei einer durch einen Pfeil V angedeuteten Verschwenkung der Schrägscheibe 5 um die wirksame Schwenkachse 26 eine radial gerichtete Bewegungskomponente R auf, welche die Schrägscheiben-Wirkfläche 19 in Fig. 4 seitlich nach rechts verschiebt, bis der auf ihr gelegene Punkt S, in dem der größere Durchmesser der zentralen Durchgangsbohrung 30 deren Innenrand 32 schneidet, in der Position S' an der Triebwelle 2 anliegt und somit eine weitere Verschwenkung der Schrägscheibe 5 über den erzielten Schwenkwinkel α hinaus verhindert.
- Um jedoch eine größere Verschwenkung der Schrägscheibe 5 bis zum Schwenkwinkel β in Fig. 4 zu ermöglichen, ist eine Zwangsführungsanordnung vorgesehen, die bei der Schrägscheiben-Verschwenkung der wirksamen Schwenkachse 26 eine bezüglich der Triebwelle 2 radiale Bewegung RE mit einem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente R der Schrägscheiben-Wirkfläche 19 entgegengesetzten Richtungssinn aufzwingt. Zu diesem Zweck sind in den von der wirksamen Schwenkachse 26 geschnittenen Gehäusewandungen 8 zwei parallele Zwangsführungen 33 ausgebildet, in denen die Schrägscheibe 5 mit je einem parallel zur wirksamen Schwenkachse 26 verlaufenden Drehzapfen 34 drehbar in je einem Kulissenstein 35 geführt ist.
- Die Drehzapfen 34 befinden sich sowohl bei nicht ausgeschwenkter als auch bei völlig ausgeschwenkter Schrägscheibe 5 auf der in Fig. 4 rechten Seite der Triebwellen-Achse 3. Die Zwangsführungen 33 verlaufen derart schräg unter einem Führungswinkel β' zur Triebwellenachse 3, daß ihre Längsmittelachsen 36 sich in den vierten Quadranten Q eines gedachten Koordinatensystems x-y hineinerstrecken, dessen Koordinatenursprung auf der Drehachse 37 der Drehzapfen 34 liegt und dessen y-Achse parallel zur Triebwellen-Achse 3 verläuft. Im vierten Quadranten Q ist die wirksame Schwenkachse 26 angeordnet. Bei nicht ausgeschwenkter Schrägscheibe 5 verlaufen die Längsmittelachsen 36 der Zwangsführungen 33 in Richtung der wirksamen Schwenkachse 26. Wie in Fig. 4 gezeigt, ist der Führungswinkel β' der Zwangsführungen 33 gleich dem Schwenkwinkel β der vollständig ausgeschwenkten Schrägscheibe 5. Die Zwangsführungen 33 können aber auch parallel oder in anderen Richtungen schräg zur Triebwellenachse 3 verlaufen, wie z.B. in Richtung des ersten Quadranten, wobei je nach Größe des Führungswinkels β' der radiale Verstellweg der wirksamen Schwenkachse 26 eingeschränkt sein kann.
- Ebenso wie die Schwenkhalbkugeln 27 in den Führungen 29 sind die Kugelköpfe 17 in den Gleitschuhen 18 und diese an der Wirkfläche 19 der Schrägscheibe 5 hydrostatisch abgestützt. Das zur hydrostatischen Abstützung erforderliche Schmieröl wird gemäß einer ersten Ausführung von den Zylinderbohrungen 14 aus über Axialbohrungen 38 in den Kolben 16, den Kugelköpfen 17 sowie den Gleitschuhen 18 (lediglich in letzteren gezeigt) zugeführt. Von letzteren aus erfolgt eine intermittierende Schmierölversorgung der Schwenkhalbkugeln 27 über je eine Durchgangsbohrung 39 durch die Schrägscheibe 5 und je einen sich anschließenden Durchgangskanal 40 in den Schwenkhalbkugeln 27, der eine Nut 41 in der sphärischen Fläche mit einer Nut 41 in der Gleitfläche der jeweiligen Schwenkhalbkugel 27 verbindet. Von den Durchgangskanälen 40 abzweigende Querkanäle 42 münden in weiteren Nuten in den sphärischen Flächen der Schwenkhalbkugeln 27 aus.
- Anstelle der Schmierölversorgung von den Zylinderbohrungen 14 aus kann gemäß einer zweiten Ausführung das Schmieröl den Schwenkhalbkugeln 27 über Schmierölleitungen 43 den Führungen 29 und damit den Nuten 41 in den Gleitflächen der Schwenkhalbkugeln 27 zugeführt werden. Gemäß einer dritten Ausführung kann die Schmierölversorgung durch eine Längsbohrung 44 in der Verstelleinrichtung 31 und sich daran anschließende Querbohrungen 45 durch die Schrägscheibe 5 erfolgen. Die Querbohrungen 45 münden in den Nuten 41 in den sphärischen Flächen der Schwenkhalbkugeln 27 aus.
- Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine kann in bekannter Weise sowohl als Motor als auch als Pumpe betrieben werden. Nachstehend ist ihre Funktion lediglich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Radialverstellung der wirksamen Schwenkachse beschrieben:
Infolge der außermittig durch den Mittelpunkt des Teilkreises der Zylinderbohrungen 14 gehenden Triebwellenachse 3 ist die Schrägscheibe 5 durch die vom öldruck beaufschlagten Kolben 16 sowie die Kraft der Druckfeder 20 auf ihrer in Fig. 1 rechten Seite stärker als auf ihrer linken Seite beaufschlagt und wird auf diese Weise in der in Fig. 2 gezeigten, voll ausgeschwenkten Stellung gehalten. Die Verstellung der Axialkolbenpumpe auf geringeres Fördervolumen bis zu der in Fig. 1 gezeigten Nullstellung mit Nullförderung erfolgt durch Kraftbeaufschlagung der Verstelleinrichtung 31 auf den Gehäuseboden 7 zu. Wenn ausgehend von dieser Nullstellung die Kraftbeaufschlagung der Verstelleinrichtung 31 reduziert wird, schwenkt die Schrägscheibe 5 um die wirksame Schwenkachse 26 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie dies in Fig. 4 durch den Pfeil V angedeutet ist. Während dieser Schwenkbewegung wird von den Zwangsführungen 33 über die Schrägscheibe 5 eine in Fig. 4 nach links gerichtete radiale Kraftkomponente auf die Schwenkhalbkugeln 27 ausgeübt und diesen bzw. der wirksamen Schwenkachse 26 somit eine Bewegung RE entlang den Führungen 29 mit einem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente R der Schrägscheiben-Wirkfläche 19 entgegengesetzten Richtungssinn erteilt. Dadurch wird die radiale Bewegung des Punktes S des Schrägscheiben-Innenrandes 32 in Richtung der Triebwelle 2 während der Schrägscheiben-Verschwenkung von einer entgegengesetzten radialen Bewegung überlagert, so daß die Annäherung dieses Punktes S an die Triebwelle 2 reduziert und dementsprechend die Schrägscheibe 5 bis zum Erreichen des Schwenkwinkels β verschwenkt werden kann. In dieser Schwenkstellung befindet sich der Punkt S in der Position S" und die wirksame Schwenkachse 26 in der Position 26'. Bei Verschwenkung der Schrägscheibe 5 in Richtung Nullstellung wird die wirksame Schwenkachse 26 in Fig. 4 nach rechts in Richtung der ursprünglichen Position zurückverschoben.
Claims (23)
- Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, deren von der Triebwelle durchsetzte Schrägscheibe um eine wirksame Schwenkachse derart schwenkbar ist, daß ihre die Kolben abstützende Wirkfläche während einer Verschwenkung eine bezüglich der Triebwelle radiale Bewegungskomponente aufweist, und sich die wirksame Schwenkachse während der Schrägscheiben-Verschwenkung verlagert,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) in einem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente (R) der Schrägscheiben-Wirkfläche (19) entgegengesetzten Richtungssinn radial verstellbar ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) gleichzeitig mit der Schrägscheiben-Verschwenkung radial verstellbar ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) durch die Schrägscheiben-Verschwenkung radial verstellbar ist. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägscheibe (5) über eine die wirksame Schwenkachse (26) definierende Schwenklageranordnung (27, 28; 27, 28) schwenkbar am Gehäuse (1, 7) der Axialkolbenmaschine abgestützt und die Schwenklageranordnung (27, 28; 27, 28) in einer sich in Richtung der radialen Bewegungskomponente (R) der Schrägscheiben-Wirkfläche (19) erstreckenden Führungsanordnung (29, 29) am Gehäuse (1, 7) radial verschiebbar geführt ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Führungsanordnung (29, 29) zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Führungen (29) und die Schwenklageranordnung (27, 28; 27, 28) zwei in je einer der Führungen (29) geführte Schwenkhalbkugeln (27) sowie zwei auf diesen gelagerte, an der Schrägscheibe (5) ausgebildete Halbschalen (28) umfaßt. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägscheibe (5) über zwei zur wirksamen Schwenkachse (26) parallele Drehzapfen (34) drehbar in zwei an gegenüberliegenden Gehäuseteilen (8) ausgebildeten, in je einer zur wirksamen Schwenkachse (26) senkrechten Ebene verlaufenden Zwangsführungen (33) geführt ist, die sich derart erstrecken, daß sie bei der Schrägscheiben-Verschwenkung der Schwenklageranordnung (27, 28; 27, 28) eine Bewegung (RE) entlang der Führungsanordnung (29, 29) mit dem dem Richtungssinn der radialen Bewegungskomponente (R) der Schrägscheiben-Wirkfläche (19) entgegengesetzten Richtungssinn aufzwingen. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) außerhalb der Ebene der Schrägscheiben-Wirkfläche (19) angeordnet ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) bei Schrägscheiben-Nullstellung die Triebwellen-Achse (3) schneidet. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (37) der Drehzapfen (34) bei Schrägscheiben-Nullstellung die Triebwellen-Achse (3) schneidet. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwangsführungen (33) parallel zur Triebwellen-Achse (3) verlaufen. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Drehachse (37) bei Schrägscheiben-Nullstellung seitlich der Triebwellen-Achse (3) angeordnet ist. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 9 und 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwangsführungen (33) unter einem Führungswinkel (β') schräg zur Triebwellen-Achse (3) verlaufen. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Zwangsführungen (33) bei Schrägscheiben-Nullstellung in Richtung der wirksamen Schwenkachse (26) verlaufen. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Führungswinkel (β') im wesentlichen gleich dem Schwenkwinkel (β) der vollständig ausgeschwenkten Schrägscheibe (5) ist. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6, 7 und 9 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksame Schwenkachse (26) bei Schrägscheiben-Nullstellung seitlich der Triebwellen-Achse (3) angedeutet ist. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 15,
gekennzeichnet durch
je einen in den Zwangsführungen (33) geführten Kulissenstein (35), in welchem je einer der Drehzapfen (34) gelagert ist. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schwenklageranordnung (27,28;27,28) mit hydrostatischer Abstützung in der Führungsanordnung (29, 29) geführt ist. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ebenen Flächen der Schwenkhalbkugeln (27) zur hydrostatischen Abstützung in den Führungen (29) als Gleitschuh-Gleitflächen ausgebildet sind. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 17 oder 18,
gekennzeichnet durch
wenigstens einen Durchgangskanal (40) durch jede Schwenkhalbkugel (27), der eine in deren ebenen Gleitfläche ausgebildete Nut (41) mit einer in deren sphärischen Gleitfläche ausgebildeten Nut (41) verbindet. - Axialkolbenmaschine nach Anspruch 19,
gekennzeichnet durch
je wenigstens einen Querkanal (42) in den Schwenkhalbkugeln (27), der den Durchgangskanal (40) mit einer weiteren Nut in der sphärischen Gleitfläche der jeweiligen Schwenkhalbkugel (27) verbindet. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20,
gekennzeichnet durch
je eine in den Führungen (29) ausmündende Schmierölleitung (43) im Gehäuse (1, 7) zur Schmierölzufuhr zu den Nuten (41) in den ebenen Gleitflächen der Schwenkhalbkugeln (27). - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20,
gekennzeichnet durch
eine Längsbohrung (44) in der Verstelleinrichtung (31) zur Schmierölzufuhr zu Querbohrungen (45) in der Schrägscheibe (5), die in je einer der Nuten (41) in den sphärischen Gleitflächen der Schwenkhalbkugeln (27) ausmünden. - Axialkolbenmaschine nach wenigstens einem der Ansprüche 17 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur intermittierenden Schmierölzufuhr von den Zylinderbohrungen (14) aus je eine durch die Kolben (16), die Kugelköpfe (17) und die Gleitschuhe (18) hindurchführende Axialbohrung (38) sowie je eine zu den Schwenkhalbkugeln (27) führende Durchgangsbohrung (39) in der Schrägscheibe (5) ausgebildet sind, die einerseits in den Halbschalen (28) im Bereich der Nuten (41) und andererseits in der Schrägscheiben-Wirkfläche (19) auf deren Gleitschuhbahn ausmündet.
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