DE19706263C1

DE19706263C1 - Axialkolbenmaschine mit drehzahlabhängiger Anpressung der Zylindertrommel

Info

Publication number: DE19706263C1
Application number: DE19706263A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Kunze
Original assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Current assignee: Brueninghaus Hydromatik GmbH
Priority date: 1997-02-18
Filing date: 1997-02-18
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2017-02-19
Also published as: DE59803851D1; JP2001511865A; JP4093324B2; WO1998037308A1; US6244160B1; EP0964980B1; EP0964980A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist z. B. aus der DE 195 22 168 A1 bekannt. Die dort offenbarte Axialkolbenmaschine besteht aus einer in einem Gehäuse um eine Triebwellenachse drehbar gelagerten Triebwelle, einer mit der Triebwelle drehfest verbundenen Zylindertrommel, in welcher Zylinder zur Aufnahme von axial beweglichen Kolben ausgebildet sind, und einer Steuerplatte mit Steueröffnungen zur zyklischen Verbindung der Zylinder mit einer Hoch- und einer Niederdruckleitung. Des weiteren ist eine Anpreßeinrichtung vorgesehen, um die Zylindertrommel gegen die Steuerplatte zu pressen und somit gegen die Steuerplatte vorzuspannen. Diese Vorspannung der rotierenden Zylindertrommel gegenüber der stationären Steuerplatte ist erforderlich, um einen dichtenden Abschluß zwischen der Zylindertrommel und der Steuerplatte zu gewährleisten und um einem Abheben der Zylindertrommel von der Steuerplatte bei hohen Drehzahlen entgegenzuwirken. Insbesondere muß ein nicht zentrisches Auswandern der Zylindertrommel bei hohen Drehzahlen sicher verhindert werden.

Die aus der DE 195 22 168 A1 bekannte Anpreßeinrichtung besteht im wesentlichen aus einer in dem Hohlraum zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel vorgesehenen Anpreßfeder, die sich an ihrem einen Ende an der Triebwelle und an ihrem anderen Ende an der Zylindertrommel abstützt und somit die Zylindertrommel gegenüber einem Anschlußblock, an welchem die Triebwelle gelagert ist und in welchem die Steueröffnungen vorgesehen sind, vorspannt. Durch die Anpreßfeder wird jedoch eine von der Drehzahl unabhängige, konstante Anpreßkraft auf die Zylindertrommel ausgeübt. Dies ist insofern nachteilig, als die erforderliche Anpreßkraft durch die von den Kolben ausgeübten Massenträgheitskräfte vorgegeben ist, die mit dem Quadrat der Betriebsdrehzahl der Zylindertrommel ansteigen. Die von der Anpreßfeder ausgeübte Anpreßkraft muß daher auf die Maximaldrehzahl der Zylindertrommel ausgelegt werden und entsprechend groß bemessen sein. Dies hat jedoch notwendigerweise zur Folge, daß die von der Anpreßfeder ausgeübte Anpreßkraft auch bei kleinen Drehzahlen in gleicher Weise wirksam ist. Dies führt zu mechanischen Reibungsverlusten und zu einem erhöhten Verschleiß der aus der Zylindertrommel und der Steuerplatte bestehenden Gleitpartner. Bei einer Steigerung der maximalen Betriebsdrehzahl muß gleichzeitig auch die von der Anpreßfeder ausgeübte Federvorspannung erhöht werden, was nur in gewissen Grenzen möglich ist.

In der EP 0 162 238 B1 wird daher vorgeschlagen, an der Zylindertrommel umfänglich verteilte Hydraulik-Hilfszylinder anzuordnen, deren Arbeitsräume mit den Zylinderbohrungen der Hauptzylinder verbunden sind. Mittels des Hilfszylinders wird eine arbeitsdruck- und damit drehzahlabhängige Anpressung der Zylindertrommel erzielt. Nachteilig bei dieser Lösung ist jedoch der relativ hohe Aufwand zur Ausbildung der zusätzlichen Hydraulikzylinder, was zu relativ hohen Fertigungskosten führt. Ferner wird der benötigte Bauraum für die Axialkolbenmaschine vergrößert.

In der DE 195 22 168 A1 wird noch vorgeschlagen, eine sich mit zunehmender Drehzahl erhöhende Zusatzanpressung dadurch zu erzielen, daß der Leckraum des Gehäuses gedrosselt mit der Leckölabflußleitung verbunden wird. Der sich dadurch in dem Leckölraum des Axialkolbenmaschinengehäuses einstellende Staudruck bewirkt eine zusätzliche geringfügige axiale Kraftkomponente, mit welcher die Zylindertrommel in Richtung auf den Anschlußblock gedrückt wird. Diese zusätzliche Kraftkomponente ist jedoch vergleichsweise gering, da die Gehäusewandung einer konventionellen Axialkolbenmaschine nur einem relativ geringen Innendruck standhält. Ferner ergibt sich das Problem, daß bei einem hohen Füllstand des Lecköls Planschverluste oder Verwirbelungsverluste auftreten, wenn das Triebwerk in das Lecköl eintaucht.

Ergänzend wird noch auf die DE-OS 24 46 535 hingewiesen, aus welcher es bekannt ist, mittels einer Fliehkrafteinrichtung auf die Niederhaltevorrichtung zum Andrücken der Gleitschuhe auf die Schrägscheibe einzuwirken. Dazu sind Fliehgewichte am Umfang der Zylindertrommel angeordnet, die über ein Gestänge und einen Andruckteller auf die Rückzugkugel der Niederhaltevorrichtung einwirken. Diese Fliehkraftvorrichtung dient jedoch lediglich zum Andrücken der Gleitschuhe an die Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine, wozu vergleichsweise wesentlich geringere Kräfte notwendig sind als zum Anpressen der Zylindertrommel an die Steuerplatte. Ferner hat die Fliehkraftvorrichtung einen relativ geringen Wirkungsgrad, da das die Zylindertrommel durchdringende Gestänge in radialer Richtung geneigt ist und daher nur eine relativ kleine axiale Kraftkomponente auf die Niederhaltevorrichtung übertragen wird. Durch die zusätzlichen Konstruktionselemente des Gestänges und des Andrucktellers ist die Konstruktion relativ aufwendig und kostenintensiv. Die Anordnung der Fliehgewichte im Außendurchmesser führt ferner zu einer unerwünschten Vergrößerung des Bauraums der Axialkolbenmaschine. Ferner wird das Montagespiel in den Fliehgewichten von den umgebenden Hilfs- bzw. Druckelementen nicht ausgeglichen. Daher ist bei relativ geringen Drehzahlen und bei Beschleunigungsvorgängen aus dem Stillstand die Anlage der Fliehgewichte an den Stützelementen bzw. Druckelementen und somit eine Einwirkung der Fliehgewichte auf die Vorrichtung nicht sicher gewährleistet. Die Folge ist eine unzureichende Anpressung der Gleitschuhe im niedrigen Drehzahlbereich.

Aus der DE-PS 12 26 418 ist es bekannt, zum Andrücken der Gleitschuhe an die Schrägscheibe eine mit einem Hebelarm versehene Fliehkraftvorrichtung vorzusehen, die ebenfalls Fliehgewichte am Außendurchmesser der Zylindertrommel aufweist. Die Krafteinleitung ist auch bei dieser Vorrichtung sehr aufwendig. Für das drehzahlabhängige Anpressen der Zylindertrommel an die Steuerplatte ergeben sich vollkommen andere Kräftebereiche als sie bei Niederhaltevorrichtungen gegeben sind, die dem Andrücken der Gleitschuhe auf die Schrägscheibe dienen. Die aus den vorstehenden Druckschriften bekannten Fliehkraftvorrichtungen sind daher zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems in keinster Weise geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit einer Anpreßeinrichtung zum Anpressen der Zylindertrommel an die Steuerplatte anzugeben, bei welcher eine unnötig hohe Anpressung im niedrigen Drehzahlbereich vermieden ist und die konstruktiv einfach ausgestaltet ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Anpreßeinrichtung mit einer drehzahlabhängigen Anpreßkraft zum Anpressen der Zylindertrommel gegen die Steuerplatte in einfacher Weise durch Verwendung von Fliehkörpern realisiert werden kann, die über eine Kraftumlenkeinrichtung die Fliehkraft in eine an der Zylindertrommel angreifende Anpreßkraft mit einer in Richtung auf die Steuerplatte gerichteten und bezüglich der Triebwellenachse axialen Kraftkomponente umsetzen. Dadurch wird eine unnötig hohe Anpreßkraft im niedrigen Drehzahlbereich vermieden und die Reibungsverluste minimiert. Ferner ergibt sich ein geringer Verschleiß an den Dicht- und Gleitstellen. Im Gegensatz zum Anpressen mittels einer konstanten Federkraft ergibt sich keine durch die Anpreßeinrichtung bedingte Begrenzung der Maximaldrehzahl, da die Anpreßkraft mit ansteigender Drehzahl fortwährend steigt.

Die Ansprüche 2 bis 14 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Entsprechend Anspruch 2 kann sich die Kraftumlenkeinrichtung an der Triebwelle abstützen und ggfs. zusammen mit den Fliehkörpern in einem Hohlraum zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle angeordnet sein, was zu einer besonders kompakten Bauform führt. Entsprechend Anspruch 3 ist es jedoch auch denkbar, daß sich die Kraftumlenkeinrichtung an dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine abstützt.

Entsprechend Anspruch 4 kann an dem Fliehkörper oder einem mit dem Fliehkörper verbundenen Stemmelement eine Schrägfläche vorgesehen sein, deren Flächennormale gegenüber der Triebwellenachse mit einem vorgegebenen Neigungswinkel geneigt ist. In entsprechender Weise kann nach Anspruch 5 die Schrägfläche auch an einem mit dem Fliehkörper bzw. dem Stemmelement in Wirkverbindung stehenden Gegenstück vorgesehen sein. Durch die aufgrund des Neigungswinkels der Schrägfläche auftretende Keilwirkung wird die in radiale Richtung gerichtete Fliehkraft in eine axiale Kraftkomponente umgesetzt. Entsprechend Anspruch 6 liegt der Neigungswinkel, den die Flächennormale der Schrägfläche mit der Triebwellenachse bildet, vorzugsweise im Bereich zwischen 5° und 25°. Ein bevorzugter Wert ist 15°.

Entsprechend Anspruch 7 kann das Stemmelement in dem Hohlraum zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle integriert sein und über ein radiales Verbindungselement mit dem Fliehkörper verbunden sein. Der Fliehkörper kann dabei am Außenumfang der Zylindertrommel angeordnet sein, so daß auf den Fliehkörper aufgrund der großen radialen Beabstandung von der Triebwellenachse eine besonders große Fliehkraft einwirkt. Der Fliehkörper kann dabei auch innerhalb der Zylindertrommel integriert sein und insbesondere mit der Zylindertrommel radial bündig abschließen.

Das Gegenstück, mit welchem der Fliehkörper oder das mit dem Fliehkörper verbundene Stemmelement zusammenwirkt, kann aus zwei Stützringen bestehen, wobei sich ein erster Stützring entsprechend Anspruch 8 an der Triebwelle und ein zweiter Stützring an der Zylindertrommel abstützt. In besonders vorteilhafter Weise kann entsprechend Anspruch 9 zumindest einer der Stützringe mittels eines Federelements, z. B. einer Tellerfeder, gegen den Fliehkörper bzw. das Stemmelement vorgespannt sein. Dadurch ergibt sich eine spielfreie Anlage des Fliehkörpers bzw. des Stemmelements an den als Gegenstück wirkenden Stützringen, so daß die erfindungsgemäße fliehkraftabhängige Anpreßkraft auch schon im niedrigen Drehzahlbereich und bei Beschleunigungen aus dem Stillstand heraus wirksam ist.

Entsprechend Anspruch 10 kann der Fliehkörper einseitig an der Zylindertrommel gelagert sein und ein Vorsprung des Fliehkörpers an einem Absatz der Triebwelle so angreifen, daß durch die einsetzende Hebelwirkung die axiale Kraftkomponente der Anpreßkraft auf die Zylindertrommel ausgeübt wird. In umgekehrter Weise ist es auch denkbar, den Fliehkörper statt an der Zylindertrommel entsprechend Anspruch 11 an der Triebwelle zu lagern.

Die erfindungsgemaße Fliehkraftvorrichtung kann auch gleichzeitig zu einer drehzahlabhängigen Erhöhung der Anpreßkraft der Niederhaltevorrichtung zum Andrücken der Gleitschuhe an die Schrägscheibe entsprechend Anspruch 12 eingesetzt werden.

Dadurch wird sichergestellt, daß auch bei hohen Drehzahlen ein Abheben der Gleitschuhe von der Gleitfläche der Schrägscheibe sicher vermieden wird. Entsprechend den Ansprüchen 13 und 14 kann die Anpreßkraft für die Niederhaltevorrichtung insbesondere durch ein zwischen der Rückzugkugel der Niederhaltevorrichtung und der Kraftumlenkeinrichtung, insbesondere einem der Stützringe, angeordnetes Verbindungsglied, insbesondere einen axial ausgerichteten Verbindungsstift, vermittelt werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen axialen Schnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,

Fig. 5 einen Schnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der von den Kolben ausgeübten Massenträgheitskraft und der Anpreßkraft bei Verwendung einer konventionellen Federanpressung und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Anpreßkraft bei einer erfindungsgemäß weitergebildeten Axialkolbenmaschine.

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß weitergebildeten Axialkolbenmaschine. Die nur auszugsweise dargestellte Axialkolbenmaschine weist eine Triebwelle 3 auf, mit welcher eine Zylindertrommel 2 beispielsweise mittels einer Keil-Nutverbindung 4 in drehfester, jedoch axial verschieblicher Verbindung steht. Die Zylindertrommel 2 weist auf einem gemeinsamen Umfangskreis gleichmäßig radial verteilte Zylinderbohrungen 5 auf, in welchen Kolben 6 axial verschiebbar geführt sind. Die Kolben 6 weisen jeweils einen Kugelkopf 7 auf, der in einer sphärischen Ausnehmung 8 des zugehörigen Gleitschuhs 9 schwenkbar gelagert ist. Über die Gleitschuhe 9 stützen sich die Kolben 6 gegen eine nicht rotierende Schrägscheibe 10 ab, wobei der Schwenkwinkel β, den die Flächennormale der Gleitfläche 11 der Schrägscheibe 10 mit der Triebwellenachse 12 bildet, den Kolbenhub festlegt. Die Kolben weisen eine Axiallängsbohrung 13 auf, die über eine in den Gleitschuhen 9 ausgebildete Bohrung 14 zur hydrostatischen Entlastung der Gleitschuhe mit einer Drucktasche 15 an der Gleitschuhsohle verbunden ist. Die Gleitschuhe sind in einer ringförmigen Rückzugplatte 16 geführt, die jeweils an einer schulterartigen Anlagefläche 17 der Gleitschuhe 15 anliegt. In eine zentrische Bohrung 18 der Rückzugplatte 16 ist eine teilkugelförmige Rückzugkugel 19 eingesetzt, die an einer sphärischen Außenfläche 20 bei jedem Schwenkwinkel β der Schrägscheibe 10 mit der Rückzugplatte 16 in Verbindung steht.

Die aus der Rückzugplatte 16 und der Rückzugkugel 19 bestehende Niederhaltevorrichtung 16, 19 wird über eine oder mehrere in eine Ausnehmung 21 der Rückzugkugel eingesetzte Federn 22 in axialer Richtung gegen die Schrägscheibe 10 beaufschlagt, so daß die Gleitschuhe 9 fortwährend auf der Gleitfläche 11 der Schrägscheibe 10 in Anlage gehalten werden und die Gleitschuhe 9 insbesondere bei einem Saughub nicht von der Gleitfläche 11 abheben.

Die Zylinderbohrungen 9 stehen über Verbindungskanäle mit nierenförmigen Steueröffnungen 24 und 25 in Verbindung, die in der Steuerplatte 26 ausgebildet sind, um die Zylinderbohrungen 5 bei jeder Umdrehung der Zylindertrommel 2 zyklisch mit einer nicht mehr dargestellten Hoch- und Niederdruckleitung zu verbinden.

Die erfindungsgemäße Weiterbildung betrifft eine Verbesserung der Anpressung der Zylindertrommel 2 an die Steuerplatte 26. Erfindungsgemäß sind ein oder mehrere, im Ausführungsbeispiel sechs, radial verteilte Fliehkörper 30a bis 30f vorgesehen. Die Fliehkörper 30a bis 30f befinden sich in dem in Fig. 1 dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel innerhalb eines zwischen der Zylindertrommel 2 und der Triebwelle 3 ausgebildeten, ringförmigen Hohlraums 31. Die Fliehkörper 30a bis 30f sind zwischen zwei als Gegenstücke wirkenden Stützringen 32 und 33 eingeklemmt. Der erste Stützring 32 stützt sich über einen Anlagering 28 an einem Absatz 34 der Triebwelle 3 ab. Der zweite Stützring 33 stützt sich über einen weiteren Anlagering 34 an der Zylindertrommel 2 ab. Vorzugsweise ist zumindest einer der Stützringe, im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Stützring 32, mittels eines Federelementes 35, z. B. einer Tellerfeder, axial federnd abgestützt, so daß ein Montagespiel zwischen den Fliehkörpern 30a bis 30f und den Stützringen 32 und 33 ausgeglichen ist und die Fliehkörper 30a bis 30f auch bei niedrigen Drehzahlen bzw. im Stillstand an den Stützringen 32 und 33 anliegen.

Fig. 2 zeigt zur besseren Verdeutlichung der Anordnung der Fliehkörper 30a bis 30f einen auszugsweisen Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1. Die Fliehkörper 30a bis 30f bilden in dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils ein Ringsegment. Im Ruhezustand können die Fliehkörper 30a bis 30f an dem Außenumfang 36 der Triebwelle 3 anliegen. Die Endflächen der Fliehkörper 30a bis 30f sind jeweils als sich radial nach außen konisch verengende Schrägflächen 38 und 39 ausgebildet, die an entsprechenden an den Stützringen 32 und 33 ausgebildeten, ebenfalls sich radial nach außen konisch verengenden zweiten Schrägflächen 38 und 39 bündig anliegen.

Mit zunehmender Drehzahl der Triebwelle 3 und der Zylindertrommel 2 wirkt auf jeden der Fliehkörper 30a bis 30f eine Fliehkraft F_F ein, die den Fliehkörper 30a bis 30f radial nach außen drängt. Die Fliehkraft F_F ist dabei dem Quadrat der Drehzahl n der Triebwelle 3 bzw. der Zylindertrommel 2 proportional. An den geneigten Schrägflächen 38, 39 bzw. 36, 37 wird dabei eine Normalkraft F_N in die Stützringe 32 und 33 eingeleitet, die senkrecht zur Flächennormalen der Schrägflächen 36, 37 bzw. 38, 39 steht. In Abhängigkeit von dem Neigungswinkel α, den die Flächennormale n der Schrägflächen 36, 37 bzw. 38, 39 mit der Triebwellenachse 12 bildet, teilt sich die Normalkraft F_N in eine radiale Komponente F_R und eine axiale Komponente F_A auf. Bei symmetrischer Ausbildung der Fliehkörper 30a bis 30f bilden die radialen Kraftkomponenten F_R lediglich innere Kräfte in den Stützringen 32 und 33. Die axiale Komponente F_A führt zu der gewünschten Anpressung der Zylindertrommel 2 an der Steuerplatte 26.

Der Neigungswinkel α, den die Flächennormale der Schrägflächen 36, 37 bzw. 38, 39 mit der Triebwellenachse 12 bildet, liegt vorzugsweise zwischen 5° und 25°. Ein besonders bevorzugter Neigungswinkel α ist 15°.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel hat den Vorteil einer besonders kompakten Bauweise, da der zwischen der Zylindertrommel 2 und der Triebwelle 3 vorhandene Hohlraum 31 zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Fliehkraftvorrichtung Verwendung findet.

Die Schrägflächen 38, 39 der Fliehkörper 30a bis 30f wirken mit den Schrägflächen 36, 37 der Stützringe 32 und 33 zu einer Kraftumlenkeinrichtung zusammen, die die auf die Fliehkörper 30a bis 30d einwirkende Fliehkraft F_F in eine an der Zylindertrommel 2 angreifende Anpreßkraft mit einer in Richtung auf die Steuerplatte 26 gerichteten und bezüglich der Triebwellenachse 12 axialen Komponente F_A umsetzt.

Fig. 3 zeigt einen axialen Schnitt einer Axialkolbenmaschine mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Weiterbildung. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Fliehkörper 30a bis 30d ebenfalls in dem zwischen der Zylindertrommel 2 und der Triebwelle 3 ausgebildeten Hohlraum 31 angeordnet und als Segmente ausgebildet, die sich zu einem Ring ergänzen. Die Fliehkörper 30a bis 30f sind jeweils in einer im Ausführungsbeispiel als Kugellager ausgebildeten Fliehkörperlagerung 40a bis 40f an einem Ende einseitig in einem Stützring 33 gelagert. Der Stützring 33 stützt sich über einen Anlagering 34 an der Zylindertrommel 2 ab bzw. ist an dieser befestigt. Jeder Fliehkörper 30a bis 30f weist einen Vorsprung 41a bis 41f auf, der an einer Stufe oder einem Absatz 42 der Triebwelle 3 angreift. Wenn die Triebwelle 3 und die Zylindertrommel 2 in Rotation versetzt werden, spreizen die Fliehkörper 30a bis 30f radial nach außen auf, indem die Fliehkörper 30a bis 30f in den zugehörigen Fliehkörperlagerungen 40a bis 40f um kleine Schwenkwinkel geringfügig ausschwenken. Die Fliehkörper 30a bis 30f stoßen sich dabei mit ihren Vorsprüngen 41a bis 41f an dem Absatz 42 der Triebwelle 3 ab, so daß aufgrund der einsetzenden Hebelwirkung die Fliehkörperlagerung 40a bis 40f mit einer in axialer Richtung wirkenden Kraftkomponente beaufschlagt wird, die über den Stützring 33 und den Anlagering 34 auf die Zylindertrommel 2 übertragen wird. Auf diese Weise wird die gewünschte drehzahlabhängige, axiale Anpreßkraft bewirkt. Als Kraftumlenkeinrichtung dient dabei die Fliehkörperlagerung 40a bis 40f bzw. der an dem Absatz 42 der Triebwelle 3 angreifende Vorsprung 41a bis 41f.

Auch bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt sich der besondere Vorteil einer äußerst kompakten Bauweise.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel und einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Weiterbildung. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine wiederholende Beschreibung erübrigt.

Entsprechend einem in der oberen Hälfte der Fig. 4 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung stützt sich zumindest ein Fliehkörper 30a, vorzugsweise jedoch mehrere radial verteilte Fliehkörper 30a bis 30f, an dem Gehäuse 50 der Axialkolbenmaschine 1 ab. Jeder Fliehkörper 30a weist dabei erste sich radial konisch nach außen verjüngende Schrägflächen 38 und 39 auf. Das Gehäuse 50 weist eine an die Schrägfläche 38 des Fliehkörpers 30a angepaßte Schrägfläche 51 auf, während an der Zylindertrommel 2 eine an die Schrägfläche 39 des Fliehkörpers 30a angepaßte weitere Schrägfläche 52 ausgebildet ist. Die Schrägflächen 38, 39 und 51, 52 sind entsprechend dem bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel gegenüber der Triebwellenachse 12 geneigt, so daß aufgrund der bereits beschriebenen Keilwirkung die auf den Fliehkörper 30a einwirkende Fliehkraft in eine Anpreßkraft mit einer axialen Kraftkomponente umgesetzt wird, die die Zylindertrommel 2 gegen die Steuerplatte 26 preßt. Die Anpreßkraft nimmt auch bei diesem Ausführungsbeispiel mit dem Quadrat der Drehzahl der Zylindertrommel 2 zu.

Das in der unteren Hälfte der Fig. 4 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung unterscheidet sich von dem bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch, daß nicht unmittelbar die Fliehkörper 30a bis 30f zwischen den Stützringen 32 und 33 eingespannt sind, sondern daß von den Fliehkörpern 30a bis 30f separierte Stemmkörper 60a bis 60f zwischen den Stützringen 32 und 33 vorgesehen sind. In Fig. 4 ist lediglich der Fliehkörper 30d und der Stemmkörper 60d dargestellt. Der erste Stützring 32 stützt sich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Absatz 34 der Triebwelle 3 ab, während sich der zweite Stützring 33 über den Anlagering 34 an der Zylindertrommel 2 abstützt. In ähnlicher Weise wie die Fliehkörper 30a bis 30f in Fig. 1 weisen die Stemmelemente 60a bis 60f in Fig. 4 endseitig erste Schrägflächen 38, 39 auf, die mit an den Stützringen 32 und 33 vorgesehenen zweiten Schrägflächen 36, 37 in der bereits beschriebenen Weise zusammenwirken. Dabei sind die Flächennormalen der Schrägflächen 36, 37 und 38, 39 entsprechend einem vorgegebenen Neigungswinkel gegenüber der Triebwellenachse 12 geneigt. Der Neigungswinkel liegt auch bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise zwischen 5° und 25° und beträgt in besonders vorteilhafter Weise 15°.

Die Fliehkörper 30a bis 30f sind an dem Außenumfang 61 der Zylindertrommel 2 angeordnet. Dies hat gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel den Vorteil einer größeren Radialbeabstandung der Fliehkörper 30a bis 30f gegenüber der Triebwellenachse 12, so daß die auf die Fliehkörper 30a bis 30f ausgeübte Fliehkraft F_F entsprechend größer ist. Die Fliehkörper 30a bis 30f sind mit den Stemmelementen 60a bis 60f über radiale Verbindungselemente 62a bis 62f verbunden, wobei in Fig. 4 lediglich das Verbindungselement 62d dargestellt ist. Die Verbindungselemente 62a bis 62f können z. B. stiftartige Bolzenelemente sein, die sich in Radialbohrungen 63a bis 63f der Zylindertrommel 2 erstrecken, welche zwischen den Zylinderbohrungen 5 hindurchgeführt sind. Die Fliehkörper 30a bis 30f können auch in der Zylindertrommel 2 integriert bzw. in diese versenkt sein. Besonders vorteilhaft schließen die Fliehkörper 30a bis 30f mit dem Außendurchmesser 61 der Zylindertrommel 2 radial bündig ab, so daß der benötigte Bauraum durch die erfindungsgemäße Maßnahme nicht vergrößert wird.

Fig. 5 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine 1 mit einem fünften Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Weiterbildung. Das Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine diesbezügliche wiederholende Beschreibung erübrigt.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß der erste Stützring 32 sich über den ersten Anlagering 28 nicht an einem Absatz 34 der Triebwelle 3 abstützt, sondern über ein Verbindungsglied an der aus der Rückzugplatte 16 und der Rückzugkugel 19 bestehenden Niederhaltevorrichtung 16, 19. Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Verbindungsglied aus zumindest einem, vorzugsweise mehreren, radial verteilten Verbindungsstiften 70, die zwischen dem Stützring 32 bzw. dem Anlagering 28 und der Rückzugkugel 19 angeordnet sind.

Durch die in Fig. 5 dargestellte Weiterbildung läßt sich erreichen, daß auch die Andrückkraft, mit welcher die Gleitschuhe 9 gegen die Gleitfläche 11 der Schrägscheibe 10 gedrückt werden, mit zunehmender Drehzahl der Triebwelle 3 bzw. der Zylindertrommel 2 ansteigt. Dadurch wird ein sicheres Anliegen der Gleitschuhe 9 an der Gleitfläche 11 der Schrägscheibe 10 auch bei hoher Drehzahl der Zylindertrommel 2 sichergestellt und ein Abheben der Gleitschuhe 9 von der Gleitfläche 11 sicher vermieden.

In den Fig. 6 und 7 ist sowohl die von den Kolben 6 ausgeübte Massenkraft F_M als auch die auf die Zylindertrommel 2 gegen die Steuerplatte 26 ausgeübte Anpreßkraft F_A bzw. F_Fe als Funktion der Drehzahl in der Zylindertrommel 2 dargestellt. Dabei zeigt Fig. 6 eine konventionelle Ausbildung der Anpreßeinrichtung mit einer Anpreßfeder. Die von der Anpreßfeder ausgeübte Anpreßkraft bzw. Triebwerksvorspannung F_Fe ist konstant und unabhängig von der Drehzahl n. Die von den Kolben 6 auf die Zylindertrommel 2 ausgeübte Massenkraft F_M wächst jedoch mit dem Quadrat der Drehzahl n an. Spätestens wenn die von den Kolben ausgeübte Massenkraft F_M die von der Anpreßeinrichtung ausgeübte konstante Federkraft F_Fe überschreitet, ist die maximale Drehzahl n_max erreicht.

Fig. 7 zeigt vergleichsweise die drehzahlabhängige Triebwerksvorspannung F_A der erfindungsgemäßen Anpreßeinrichtung, die der axialen Komponente F_A der Anpreßkraft entspricht. Da die Fliehkraft F_F ebenfalls proportional zum Quadrat der Drehzahl n der Zylindertrommel 2 ist, läßt sich bei entsprechender Auslegung der erfindungsgemäßen Anpreßeinrichtung erreichen, daß die von der erfindungsgemäßen Anpreßeinrichtung ausgeübte Anpreßkraft F_A stets größer ist als die von den Kolben 6 ausgeübte Massenkraft F_M. Eine durch die Anpreßeinrichtung systembedingte Begrenzung der maximalen Drehzahl n_max besteht daher nicht.

Claims

1. Axialkolbenmaschine (1) mit
einem Gehäuse (50),
einer in dem Gehäuse (50) um eine Triebwellenachse (12) drehbar gelagerten Triebwelle (3),
einer mit der Triebwelle (3) drehfest verbundenen Zylindertrommel (2), in welcher Zylinder (5) zur Aufnahme von axial bewegbaren Kolben (6) ausgebildet sind,
einer Steuerplatte (26) mit Steueröffnungen (24, 25) zur zyklischen Verbindung der Zylinder (5) mit einer Hoch- und einer Niederdruckleitung, und
einer Anpreßeinrichtung, um die Zylindertrommel (2) gegen die Steuerplatte (26) vorzuspannen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anpreßeinrichtung zumindest einen Fliehkörper (30a-30f) umfaßt, der mit zunehmender Drehzahl (n) der Zylindertrommel (2) mit einer zunehmenden Fliehkraft (F_F) beaufschlagt ist, und
daß zumindest eine Kraftumlenkeinrichtung (36-39; 40a-40f, 41a-41f) vorgesehen ist, um die auf den Fliehkörper (30a-30f) einwirkende Fliehkraft (F_F) in eine an der Zylindertrommel (2) angreifende Anpreßkraft mit einer in Richtung auf die Steuerplatte (26) gerichteten und bezüglich der Triebwellenachse (12) axialen Komponente (F_A) umzusetzen.

2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftumlenkeinrichtungen (36-39) an der Triebwelle (3) und der Zylindertrommel (2) abstützen und in einem Hohlraum (31) zwischen der Zylindertrommel (2) und der Triebwelle (3) angeordnet sind.

3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kraftumlenkeinrichtungen (37, 38, 51, 52) am Gehäuse (50) und der Zylindertrommel (2) abstützen.

4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftumlenkeinrichtung (37-39) zumindest eine Schrägfläche (38, 39) aufweist, die an dem Fliehkörper (30a-30f) oder einem mit dem Fliehkörper (30a-30f) verbundenen Stemmelement (60a-60f) vorgesehen ist und deren Flächennormale gegenüber der Triebwellenachse (12) mit einem vorgegebenen Neigungswinkel (α) geneigt ist.

5. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kraftumlenkeinrichtung (37-39) zumindest eine Schrägfläche (36, 37) aufweist, die an einem mit dem Fliehkörper (30a-30f) oder dem Stemmelement (60a-60f) in Wirkverbindung stehenden Gegenstück (32, 33) vorgesehen ist und deren Flächennormale gegenüber der Triebwellenachse (12) mit einem vorgegebenen Neigungswinkel (α) geneigt ist.

6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel (α), den die Flächennormale (n) der Schrägfläche(n) mit der Triebwellenachse (12) bildet, im Bereich zwischen 5° und 25° liegt und vorzugsweise 15° beträgt.

7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das bzw. jedes Stemmelement (60a-60f) in einem Hohlraum (31) zwischen der Zylindertrommel (2) und der Triebwelle (3) angeordnet ist und über ein radiales Verbindungselement (62a-62f) mit zumindest einem zugeordneten Fliehkörper (30a-30f) verbunden ist.

8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenstück (32, 33) durch einen sich an der Triebwelle (3) abstützenden ersten Stützring (32) und einen sich an der Zylindertrommel (2) abstützenden zweiten Stützring (33) gebildet ist.

9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer (32) der Stützringe (32, 33) mittels eines Federelementes (35) gegen den Fliehkörper (30a-30f) bzw. gegen das Stemmelement (60a-60f) vorgespannt ist.

10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Fliehkörper (30a-30f) einseitig an der Zylindertrommel (2) in einer Fliehkörperlagerung (40a-40f) gelagert ist und ein Vorsprung (41a-41f) des Fliehkörpers (30a-30f) an einem Absatz (42) der Triebwelle (3) so angreift, daß bei einem Ausschwenken des Fliehkörpers (30a-30f) infolge der auf diesen einwirkenden Fliehkraft (F_F) auf die als Kraftumlenkeinrichtung wirkende Fliehkörperlagerung (40a-40f) die axiale Komponente (F_A) der Anpreßkraft ausgeübt wird.

11. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einer der Fliehkörper (30a-30f) einseitig an der Triebwelle (3) in einer Fliehkörperlagerung gelagert ist und ein Vorsprung des Fliehkörpers an einem Absatz der Zylindertrommel so angreift, daß bei einem Ausschwenken des Fliehkörpers (30a-30f) infolge der auf diesen einwirkenden Fliehkraft (F_F) auf den als Kraftumlenkeinrichtung wirkenden Absatz der Zylindertrommel (2) die axiale Komponente (F_A) der Anpreßkraft ausgeübt wird.

12. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kolben (6) über Gleitschuhe (9) an einer Schrägscheibe (10) abstützen, daß eine Niederhaltevorrichtung (16, 19) vorgesehen ist, um die Gleitschuhe (9) in Anlage an der Schrägscheibe (11) zu halten, und daß die axiale Komponente (F_A) der Anpreßkraft zusätzlich auf die Niederhaltevorrichtung (16, 19) einwirkt.

13. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Niederhaltevorrichtung (16,19) eine an den Gleitschuhen (9) anliegende Rückzugplatte (16) und eine in jeder Schwenkstellung der Schrägscheibe (10) an der Rückzugplatte (16) anliegende Rückzugkugel (19) aufweist, und
daß die axiale Komponente (F_A) der Anpreßkraft über ein zwischen der Kraftumlenkeinrichtung (36-39; 40a bis 40f, 41a-41f) und der Rückzugkugel (19) angeordnetes Verbindungsglied (70) an der Niederhaltevorrichtung (16, 19) angreift.

14. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 13 und Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verbindungsglied aus zumindest einem Verbindungsstift (70) besteht, der achsparallel zur Triebwellenachse (12) zwischen einem der Stützringe (32) und der Rückzugkugel (19) angeordnet ist.