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Axialkolbenaggregat mit drehbarer Kolbentrommel und schwenkbarer Schiefscheibe
Die Erfindung bezieht sich auf Axialkolbenaggregate, also sowohl auf Pumpen als
auch auf Druckflüssigkeitsmotore, die aus einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten,
mit einer Welle verbundenen Kolbentrommel und einer im Gehäuse unverdrehbar, jedoch
um eine zur Drehachse der Kolbentrommel senkrechteAchse schwenkbar gelagerten Schiefscheibe
bestehen. Die Schiefscheibe weist an ihrer der Kolbentrommel abgewendeten Rückseite
Führungsbahnen in Form eines Kreiszylinders mit zur Kolbentrommeldrehachse senkrechter
Mittellinie auf. In der Kolbentrommel sind zentrisch zur Drehachse Zylinderbohrungen
vorgesehen, deren Achsen parallel oder schräg zur Kolbentrommeldrehachse stehen.
In diesen Zylinderbohrungen sind Kolben verschiebbar, die mit ihrer äußeren Stirnfläche
durch in den Zylindern angeordnete Federn gegen die vor der Kolbentrommel befindliche
Schiefscheibe gedrückt werden. Zwischen den äußeren Stirnflächen der Kolben und
der unverdrehbaren Schiefscheibe ist meistens ein Axiallager vorgesehen. Wenn die
Schiefscheibe um ihre Schwenkachse gegenüber der Kolbentrommel derart verschwenkt
wird, daß ihre den Kolben zugekehrte Auflagefläche schräg zur Drehachse der Kolbentrommel
steht, dann hat eine Verdrehung der Kolbentrommel eine axiale Hin- und Herbewegung
jedes einzelnen Kolbens zur Folge. Durch Veränderung des Schwenkwinkels der Schiefscheibe
kann der Kolbenhub eingestellt werden. Derartige Axialkolbenaggregate werden zur
hydraulischen Betätigung von Werkzeuginaschinen, zur Bildung hydrostatischer Getriebe
mit stufenlos veränderbarer Untersetzung und zu vielen anderen Zwecken verwendet.
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Die Lagerung der schwenkbaren Schiefscheibe im Gehäuse bzw. in einem
das Gehäuse abschließenden Deckel erfolgt bei bekannten Konstruktionen ausschließlich
über zwei zueinander koaxiale, an der Schiefscheibe befestigte Zapfen, deren Mittellinie
senkrecht zur Drehachse der Kolbentrommel liegt. Diese Mittellinie stellt die Schwenkachse
der Schiefscheibe dar. Die beiden Zapfen dienen bei bekannten Konstruktionen als
Führung für die als Kugelgleitlager ausgebildete Schiefscheibe. Bei diesen Konstruktionen
sind sehr große Kräfte zur Verschwenkung der Schiefscheibe erforderlich; es ist
daher nicht möglich, die Verstellelemente unmittelbar in das Axialkolbenaggregat
selbst einzubauen. Es muß vielmehr ein zusätzliches Verstellaggregat für das Axialkolbenaggregat
verwendet werden.
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Bei einer anderen bekannten Konstruktion sind die beiden Zapfen der
Schiefscheibe im Gehäuse über Wälzlager, insbesondere über Hochschulterkugellager
gelagert. Hierbei sind zwar die Verstellkräfte wesentlich geringer als bei der erstgenannten
Konstruktion. Bei größeren und stärker belasteten Axialkolbenaggregaten läßt sich
aber diese Lagerung konstruktiv nur sehr schwierig verwirklichen. Die beiden Zapfen
an der Schiefscheibe müssen sehr stark ausgeführt werden, weil sie die gesamten
auf die Schiefscheibe einwirkenden Kräfte aufnehmen müssen.
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Auch beansprucht die Wälzlagerung der Schiefscheibenseitenzapfen verhältnismäßig
viel Raum.
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Es ist auch ein Axialkolbenaggregat bekanntgeworden, bei dem die Schiefscheibe
an ihrer der Kolbentrommel abgewandten Rückseite Führungsbahnen in Form eines Kreiszylinders
mit zur Kolbentrommelachse senkrechter Mittellinie aufweist, mittels deren die Schiefscheibe
gegenüber dem Gehäuse über mindestens drei um die Kolbentrommeldrehachse herum gleichmäßig
verteilte Stützrollen abgestützt ist. Jedoch ist bei dieser bekannten Vorrichtung
keine besondere Führung der Schiefscheibe gegenüber dem Gehäuse vorgesehen, so daß
die Gefahr des Verkantens besteht und der Schwenkwinkel der Schiefscheibe nicht
begrenzt ist.
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Eine ähnliche Vorrichtung der zuletzt beschriebenen Art hat die Nachteile,
daß sie keine Mittel zur Führung des schwenkbaren Elementes besitzt. Die Fixierung
des schwenkbaren Teils muß von einer Verstellvorrichtung übernommen werden, wodurch
das Gestänge schwer und kompliziert wird.
Sämtliche geschilderten
Nachteile werden durch die Erfindung vermieden.
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Durch die Erfindung soll ein Axialkolbenaggregat der geschilderten
Art geschaffen werden, das bei konstruktiv einfacher Ausbildung nur sehr geringe
Verstellkräfte für die Schiefscheibe erfordert, so daß unabhängig von der Größe
und von dem verwendeten Arbeitsdruck des Aggregates die zur Verschwenkung der Schiefscheibe
erforderlichen, entsprechend klein ausfallenden Verstellelemente unmittelbar mit
in das Aggregatgehäuse eingebaut werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels der
zylindrischen Führungsbahnen die Schiefscheibe gegenüber dem Gehäuse über mindestens
drei um die Kolbentrommeldrehachse herum etwa gleichmäßig verteilte Stützrollen
abgestützt ist, die im Gehäuse um zur Mittellinie des Kreiszylinders parallele Drehachsen
drehbar gelagert sind, wobei die Schiefscheibe durch eine Führung gegenüber dem
Gehäuse derart geführt ist, daß sie sich nur um die Mittellinie der Führungsflächen
verschwenken kann: Gleichzeitig dienen diese Zapfen zur Begrenzung des maximalen
Schwenkwinkels nach beiden Seiten. Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung
wird diese Führung dadurch erzielt, daß die zylindrische Rückseite der Schiefscheibe
mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut erhält, in die beiderseits der
Kolbentrommeldrehachse je ein am Gehäuse befestigter Zapfen hineinragt. Diese beiden
in die Nut hineinragenden Zapfen verhindern jegliche Bewegung der Schiefscheibe
außer einer Verdrehung um die Mittellinie des Kreiszylinders, auf dem die Führungsflächen
liegen. Diese Mittellinie stellt somit die Schwenkachse für die Schiefscheibe dar.
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Um möglichst geringe Verstellkräfte für die Verschwenkung der Schiefscheibe
zu erhalten, empfiehlt es sich, erfindungsgemäß die Stützrollen im Gehäuse mittels
Wälzlagern, und zwar aus Raumgründen vorzugsweise mittels Nadellagern, drehbar zu
lagern.
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Erfindungsgemäß kann die Schiefscheibe beispielsweise zwei Führungsbahnen
erhalten, deren jede über zwei Stützrollen gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist.
Die den beiden Führungsbahnen zugeordneten Stützrollen können in diesem Fall koaxial
zueinander liegende Drehachsen erhalten. Die in diesem Fall verwendeten vier Stützrollen
liegen also etwa an den Ecken eines Quadrates. Hierbei empfiehlt es sich, den die
Stützrollen aufnehmenden Gehäuseteil im Querschnitt ebenfalls etwa quadratisch auszubilden.
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Erfindungsgemäß wird jede Stützrolle mittels eines Nadellagers aus
einem abgesetzten Zapfen drehbar gelagert, der von einer Seitenfläche des die Stützrollen
aufnehmenden Gehäuseteils in eine abgesetzte Bohrung des Gehäuseteils eingeschoben
wird. Der die Bohrung im Gehäuse nach außen abschließende Kopf des Zapfens hat einen
größeren Außendurchmesser als die Stützrolle, so daß der Bolzen mit aufgeschobener
Stützrolle von außen in den Gehäuseteil eingeschoben werden kann. Hierdurch ergibt
sich eine sehr einfache Montage der Lagerung für die Schiefscheibe. Mit Rücksicht
auf die auftretenden hohen Kräfte wird zweckmäßig jeder Bolzen auch an seinem inneren
Ende, also nicht nur fliegend mittels des vergrößernden Kopfes, im Gehäuse gelagert.
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Durch die Führung der Schiefscheibe gegenüber dem Gehäuse bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Verkanten verhindert, und der Schwenkwinkel
der Schiefscheibe ist begrenzt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Abb. 1 zeigt einen Längsschnitt durch das gesamte Axialkolbenaggregat
durch die Drehachse der Kolbentrommel; Abb. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie
A-B in Abb. 1; Abb. 3 zeigt eine Ansicht der Schiefscheibe allein in Richtung_des
Pfeiles C in Abb. 1.
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Das Gehäuse des Aggregates besteht aus dem Gehäuseteil 1 und dem Deckel
2, der mit dem Teil 1 dicht verschraubt wird. Beide Teile sind im Querschnitt etwa
quadratisch. Die Kolbentrommel 3 ist im Gehäuse des Rollenlagers 4 gelagert, sie
ist mit einer im Gehäusedeckel 2 mittels des Rollenlagers 5 gelagerten An- bzw.
Abtriebs-welle 6 verbunden. Die Kolbentrommel 3 besitzt zu ihrer Drehachse 8 etwas
schräg stehende Zylinderbohrungen 7, in denen Kolben 11 verschiebbar gelagert sind.
Jeder Kolben 11 steht unter der Wirkung einer im Zylinderraum 7 angeordneten Druckfeder
9, die ihn nach außen zu schieben versucht. Die Zu- bzw. Ableitungen der einzelnen
Zylinderräume 7 sind mit 10 bezeichnet.
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Die Bewegung der einzelnen Kolben 11 erfolgt durch eine Schiefscheibe
12, die im Gehäusedeckel 2 unverdrehbar gelagert ist. .Die äußeren Stirnseiten 13
der Kolben 11 stützen sich auf dem einen Ring eines Axialkugellagers 14 ab, dessen
anderer Ring an der Schiefscheibe 12 befestigt ist. Die Schiefscheibe 12 stützt
sich im Gehäusedeckel 2 über vier Stützrollen 15 ab, die im Gehäusedeckel 2 drehbar
gelagert sind. Zu diesem Zweck sind auf der Rückseite 16 der Schiefscheibe 12 zwei
Führungsbahnen 17 und 18 vorgesehen, die auf einer Kreiszvlinderfläche liegen, deren
Mittellinie mit der gewünschten Schwenkachse 19 der Schiefscheibe 12 zusammenfällt.
Wie Abb. 2 zeigt, liegen die Drehachsen jeweils einer der beiden Stützrollen 15,
die den beiden Führungsbahnen 17 und 18 zugeordnet sind, koaxial zueinander. Jede
Stützrolle 15 ist über ein Nadellager 20 auf einem im Deckelgehäuse befestigten,
abgesetzten Zapfen 21 drehbar gelagert. Der Kopf 22 des Zapfens 21 besitzt einen
größeren Durchmesser als die Stützrolle 15, so _daß der Zapfen 21 mit aufgeschobener
Stützrolle 15 von außen in den Gehäusedeckel 2 eingeschoben werden kann. Der Zapfen
21 ist an seinem inneren Ende 23 nochmal im Gehäusedeckel 2 gelagert. Die Stützrolle
15 befindet sich also zwischen zwei Lagerstellen 22 und 23 des Bolzens 21, so daß
dieLagerung eine große Steifigkeit aufweist.
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Zwischen dem Gehäusedeckel 2 und der Schiefscheibe 12 ist eine Führung
vorgesehen, die lediglich eine Verschwenkung der Schiefscheibe um die Achse 19,
jedoch keine andersartige Bewegung der Schiefscheibe 12 gestattet. Diese Führung
besteht aus einer in die Rückseite 16 der Schiefscheibe 12 eingearbeiteten Ringnut
24, in die beiderseits der Kolbentrommeldrehachse je ein im Gehäusedeckel 2 befestigter
Stift 25 bzw. 26 hineinragt.
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Die Verschwenkung der Schiefscheibe 12 und damit die Einstellung des
Axialkolbenaggregates erfolgt in üblicher Weise durch zwei Elemente: Auf der einen
Seite der Kolbentrommeldrehachse 8 ist eine Druckfeder 27 vorgesehen, die über einen
Stift 28 die Schiefscheibe 12 in Richtung auf maximale Schrägstellung zu verschieben
sucht. Auf der anderen Seite steht die Schiefscheibe 12 unter dem Einfluß eines
Kolbens 29, dessen Zylinderraum 30 über eine Bohrung 31 mit dem Druckraum 32 des
Aggregates verbunden ist. Durch Verschiebung der mit dem Kolben 29 verbundenen Kolbenstange
33 kann die Fördermenge des Aggregates willkürlich verringert werden. Die Einstellung
des
Widerlagers 34 der Druckfeder 27 bestimmt den in dem Aggregat maximal auftretenden
Druck.