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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine der im Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
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Aus
Mechanical Engineers' Handbook,
hrsg. von der Japan Association of Mechnical Engineers (1991), B.5
Fluid Machinery, S. 188, 420c) ist eine
Axialkolbenmaschine als Taumelscheibenpumpe bekannt, die einen Zylinderblock
mit mehreren achsparallel angeordneten Kolben, eine mit den Kolben
verbundene drehfeste Schwenkplatte sowie eine zwischen der Schwenkplatte
und einem festen Rahmen angeordnete Taumelscheibe enthält, die
sich an der Schwenkplatte über
Lagerelemente abstützt. Eine
Drehung der Taumelscheibe bewirkt eine Verschwenkung der Schwenkplatte,
wodurch jeder Kolben in seinem Zylinder hin- und herbewegt wird.
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Weitere
Axialkolbenmaschinen sind im vorgenannten Handbook auf S. 129, 441, beschrieben, von denen eine Axialkolbenpumpe
und ein Axialkolbenmotor eine geneigte Achse aufweisen. Beide Maschinen
enthalten einen Zylinderblock mit mehreren achsparallelen Zylindern
und Kolben, eine Antriebs- bzw. Abtriebswelle mit zur Längsachse
des Zylinderblocks geneigter Mittelachse, einen Synchronisationsmechanismus,
der die Welle und den Zylinderblock verbindet, sowie einen Rahmen,
der die Welle und den Zylinderblock drehbar abstützt. In der im vorgenannten
Handbuch in 420c) dargestellten Taumelscheibenpumpe
sind die Schwenkplatte und der Rahmen drehfest, und die zwischen
der Schwenkplatte und dem Rahmen eingebaute Taumelscheibe rotiert
zwischen zwei Gleitabschnitten mit relativ hoher Geschwindig keit
unter relativ hoher Druckbelastung durch den erzeugten Hydraulikdruck.
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Aus
der
DE 36 14 257 A1 ist
eine Schrägscheibenpumpe
bekannt, bei der ein Zylinderblock mit axial verschiebbaren Kolben über eine
Antriebswelle drehangetrieben wird. Die kugelförmigen Kolbenköpfe sind über sphärische Lagerelemente
auf der Gleitfläche
einer Schrägscheibe
abgestützt,
die mit einer kugelsegmentförmigen
Rückfläche an einer kugelschalenförmigen Lagerfläche eines
Gehäuseteils
anliegt. Durch Veränderung
des Neigungswinkels der Schrägscheibe
kann das Schluck- bzw. Verdrängungsvolumen
der Pumpe und damit die Pumpenleistung eingestellt werden.
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Die
DE 26 20 523 A1 betrifft
eine Axialkolbenmaschine nach dem Schrägscheibenprinzip, bei der eine
Schrägscheibe
wiegenartig mit kugelsegmentförmiger
Stützfläche und
stirnseitiger Schrägscheibenfläche ausgebildet
ist. In den Eckbereichen eines viereckigen Gehäuses sind Stellzylinder angeordnet.
In dem Bereich innerhalb dieser Stellzylinder ist eine Zylindertrommel
mit den Arbeitszylindern und darin enthaltenen Druckmittelkolben
vorgesehen. Durch Lageverstellung der Schrägscheibe wird das Verdrängungsvolumen
eingestellt, wobei diese Schrägscheibe
jedoch während
des Pumpen- und Motorbetriebes fest positioniert ist und keine Schwenkbewegungen
ausführt.
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In
der
DE 14 53 650 A ist
eine Trommelkolbenpumpe offenbart, bei der eine Taumelscheibe an ihrem
Außenumfang
mehrere Bohrungen zur Aufnahme von zu beiden Seiten der Taumelscheibe
vorstehenden Tauchkolben aufweist. Die Taumelscheibe ist mit einer
Antriebswelle über
einen Kugelkopf verbunden, der über
zwei halbkreisförmige
Scheiben zur Drehachse der Antriebswelle exzentrisch verstellbar in
einer kreisförmigen
Bohrung der Antriebswelle angeordnet ist.
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Aus
der
DE 814 997 C ferner
eine Axialkolbenmaschine mit umlaufender Zylindertrommel und einem
ebenfalls umlaufenden relativ zur Trommel verschwenkbaren Treibflansch
bekannt, an dem mehrere Kolben angelenkt sind. Durch Drehung der Zylindertrommel
um ihre Mittelachse und durch Drehung des Triebflansches um eine
zur Mittelachse der Zylindertrommel geneigte Achse werden die Kolben bewegt.
Durch Änderung
des Winkels zwischen den beiden Drehachsen der Zylindertrommel und
des Triebflansches wird das Verdrängungsvolumen verstellt.
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Ferner
ist aus der JP-61-25974 A eine Axialkolbenmaschine mit verstellbarer
Verdrängung
bekannt, bei der eine Schwenkscheibe mit einer geneigten Kolbenangriffsfläche an einem
Gehäuse
verschwenkbar abgestützt
ist. Ein Zylinderblock wird angetrieben, so daß die Kolbenköpfe über Gleitschuhe an
der ebenen Kolbenangriffsfläche
der Schwenkscheibe gleiten.
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Bei
allen vorstehend genannten Kolbenmaschinen ergeben sich im Pump-
und auch im Motorbetrieb hohe Reibungskräfte, die durch die in den Arbeitskammern
der jeweiligen Zylinder herrschenden hohen Drücke verursacht werden. Diese
hohen Reibungen führen
zu einer Minderung der Pumpleistung, zu frühzeitigen Verschleißerscheinungen
an den relativ gleitenden Bauelementen und damit zu einer Verkürzung der
Lebensdauer.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Axialkolbenpumpe zu schaffen, die bei
geringer Anzahl an Einzelteilen eine wesentlich reduzierte innere
Reibung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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In
zweckmäßiger Ausgestaltung
der Erfindung sind der an der Schwenkscheibe vorgesehene Führungsabschnitt
und das zweckmäßig an einer Frontabdeckung
angeordnete Gegenlager jeweils sphärisch ausgebildet, so daß eine großflächige Druckanlage
beider Bauteile erzielt wird.
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Eine
besonderer Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,
daß der
Mechanismus zur Erzeugung einer Umlaufbewegung eine Drehwelle enthält, mit
der ein Schaftabschnitt der Schwenkwelle derart in Eingriff steht,
daß die
Achse dieser Drehwelle zur Achse des Schaftabschnitts exzentrisch
ist. Vorteilhaft ist diese Drehwelle in einem hohlzylindrischen
Ansatz der Frontabdeckung geführt,
und durch eine Relativverschiebung der Drehwelle zum Schaftabschnitt
kann der Eingriffsbereich des Schaftabschnitts in dem hohlzylindrischen
Ansatz eingestellt werden. Durch eine Verdrehsicherung werden Relativverdrehungen
der Schwenkscheibe und der Frontabdeckung verhindert.
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Bei
der Axialkolbenmaschine mit den vorstehend angegebenen Merkmalen
wird lediglich die Drehwelle 3 angetrieben, und alle anderen
Bauteile, wie die Schwenkscheibe, die Frontabdeckung, der Zylinderblock
mit den Zylindern usw., führen
im Betrieb keine Drehbewegungen aus. Dadurch werden nur geringfügige Relativbewegungen
der Schwenkscheibe in ihrem Gegenlager bei deren Verschwenkung erzeugt,
was entsprechend geringe Reibungswerte zur Folge hat.
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Eine
andere zweckmäßige Ausgestaltung der
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Zylinderblock mit einer
Antriebswelle und mit der Frontabdeckung fest verbunden ist, die
Schwenkscheibe in der Frontabdeckung schwenkbar und drehfest geführt ist,
ein an der Schwenkscheibe ausgebildeter Schaftabschnitt in einer
sphärischen
Lageranordnung drehbar gelagert ist und diese Lageranordnung zum
Verstellen der Verdrängung
quer zur Achse der Antriebswelle verstellbar ist. Bei dieser Axialkolbenmaschine
bildet die Dreh- bzw. Antriebswelle, der Zy linderblock und die Frontabdeckung eine
erste Rotations-Baugruppe, die bei einer Verdrehung der Antriebswelle
in einem Gehäuse
rotiert. Da die Schwenkscheibe in der Frontabdeckung lediglich schwenkbar
und ansonsten drehfest geführt ist,
rotiert die Schwenkscheibe mit ihrem angeformten Schaftabschnitt
zusammen mit der ersten Rotations-Baugruppe. Das Verdrängungs- bzw. Schluckvolumen
der Axialkolbenmaschine wird durch Querverstellen der den Schaftabschnitt
drehbar aufnehmenden Lageranordnung quer zur Achse der Antriebswelle
verstellt.
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Im
folgenden werden zweckmäßige Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 einen
Axialschnitt einer Verstellpumpe bei kleiner Verdrängung;
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2 die
Pumpe nach 1 im Querschnitt II-II,
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3 die
Verstellpumpe nach 1 im Axialschnitt bei großer Verdrängung;
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4 einen
Axialschnitt einer anderen Verstellpumpe bei kleiner Verdrängung;
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5 die
Verstellpumpe nach 4 im Querschnitt V-V; und
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6 die
Verstellpumpe nach 4 bei großer Verdrängung.
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Die
in 1 dargestellte Verstellpumpe enthält einen
Zylinderblock 9 mit mehreren Kolben 8, eine Schwenkscheibe 1,
die mit den Kolben 8 verbunden ist, sowie eine Drehwelle 3,
welche die Schwenkscheibe 1 verschwenkt.
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Die
Schwenkscheibe 1 hat einen konvexen, halbkugelförmigen Führungsabschnitt 1a (im
folgenden als sphärischer
Abschnitt bezeichnet) und einen Schaftabschnitt 1b, der
sich von der sphärischen Oberfläche des
sphärischen
Abschnitts 1a längs
einer radialen Linie erstreckt, die vom Kugelmittelpunkt des sphärischen
Abschnitts durch seine Oberfläche verläuft. Der
Zylinderblock 9 ist frontseitig von einer Abdeckung 2 abgedeckt,
die mit ihm eine Baugruppe bildet.
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Im
Raum zwischen der Abdeckung 2 und dem Zylinderblock 9 ist
der sphärische
Abschnitt 1a der Schwenkscheibe 1 aufgenommen.
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Die
Abdeckung 2 hat ein konkaves, halbkugelförmiges Gegenlager 2a (im
folgenden als sphärisches
Gegenlager bezeichnet) und einen vorderen hohlzylindrischen Ansatz 2b.
Am sphärischen
Gegenlager 2a stützt
sich der sphärische
Abschnitt 1a der Schwenkscheibe 1 ab. Der hohlzylindrische
Ansatz 2b hat einen Gleitlagerabschnitt 2c, der
an seiner inneren Umfangsfläche
die Drehung einer Antriebswelle 3 oder eines Rotationselements
unterstützt.
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Die
Mittelachse des Gleitlagerabschnitts 2c verläuft durch
das Zentrum des sphärischen
Gegenlagers 2a. Der Gleitlagerabschnitt 2c hat
eine ausreichende Länge
und erlaubt Axialverschiebungen der Antriebswelle 3.
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In
einem Endabschnitt der Antriebswelle 3 ist eine zylindrische
Bohrung ausgebildet, deren Achse in bezug auf die Drehachse der
Antriebswelle 3 exzentrisch ist. In dieser Bohrung ist
ein sphärisches Lager 4 aufgenommen,
das eine an der Antriebswelle 3 befestigte sphärische Buchse
drehbar aufweist. Der Schaftabschnitt 1b der Schwenkscheibe 1 ist
in eine Bohrung im sphärischen
Lager 4 gleitend eingeschoben. Das sphärische Lager 4 ermöglicht dem Schaftabschnitt 1b eine Änderung
seiner Neigung unter Beibehaltung eines konstanten Neigungswinkels
zwischen der Achse des Schaftabschnitts 1b der Schwenkscheibe 1 und
der Drehachse der Antriebswelle 3.
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Der
Schaftabschnitt 1b ist ausreichend lang, so daß ein Abschnitt
der Antriebswelle 3, an dem das sphärische Lager 4 angeordnet
ist, im hohlzylindrischen Ansatz 2b axial gleiten kann.
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Die
Schwenkscheibe 1 besitzt einen Führungsstift 5, dessen
eines Ende in einen an der Umfangsfläche des sphärischen Abschnitts 1a ausgebildeten
scheibenähnlichen
Flansch 1c fest eingesetzt ist und dessen anderes Ende
von der äußeren Umfangsfläche des
Flansches 1c radial vorsteht. Wie in 2 gezeigt,
greift das vorstehende Ende des Führungsstifts 5 in
eine in einem rechtwinkligen Block 6 ausgebildete zylindrische
Bohrung drehbar ein. Der Block 6 hat zwei parallele Seitenflächen 6a,
die zwischen zwei parallele Flächen 2d einer
in einem Abschnitt der Frontabdeckung 2 gegenüber der äußeren Umfangsfläche des
Flansches 1c ausgebildeten Führungsnut gleiten, so daß er sich
in axialer Richtung erstreckt, wie in 1 gezeigt
ist. Der Führungsstift 5,
der rechtwinklige Block 6 und die einen Abschnitt der Frontabdeckung 2 bildende
Führungsnut
verhindern Drehbewegungen der Schwenkscheibe 1 um ihre
Achse.
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Mit
dem Flansch 1c der Schwenkscheibe 1 sind in winkelversetzten
Positionen mehrere Kolbenstangen 7 über sphärische Enden verbunden. Ein sphärisches
Ende jeder Kolbenstange 7 ist in einer im Flansch 1c ausgebildeten
konkaven sphärischen Ausnehmung
drehbar aufgenommen und das andere sphärische Ende jeder Kolbenstange 7 sitzt
drehbar in einer konkaven sphärischen
Ausnehmung eines Kolbens 8.
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Der
an der Abdeckung 2 befestigte Zylinderblock 9 verschließt deren
offenes Ende und weist mehrere achsparallele Zylinder 9a in
winkelversetzter Anordnung auf. Die Kolben 8 in den Zylindern 9a begrenzen
Arbeitskammern 11.
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Die
offenen Enden der Zylinder 9a auf der den Kolben 8 gegenüberliegenden
Seite sind durch einen Zylinderkopf 10 verschlossen. Die
Ar beitskammern 11 sind durch die Zylinder 9a,
die Kolben und den Zylinderkopf 10 definiert.
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Der
Zylinderkopf 10 besitzt Sauganschlüsse 10a und Förderanschlüsse 10b,
die jeweils in die Öffnungen
der Zylinder 9a münden.
In den Zylinderkopf 10 sind Saugventile 12 und
Förderventile 13 eingebaut,
die mit den Sauganschlüssen 10a bzw.
mit den Förderanschlüssen 10b in
Verbindung stehen.
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Am
Zylinderkopf 10 ist auf der dem Zylinderblock 9 gegenüberliegenden
Seite eine hintere Abdeckung 14 angeordnet, die eine von
einem Sauganschluß 14a über eine
ringförmige
Saugkanalnut 14b zu den Saugventilen 12 führende Saugleitung
sowie eine Förderleitung
besitzt, die von den Förderventilen 13 über eine
ringförmige
Kanalnut 14c zu einem Förderanschluß 14d führt.
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Die
Abdeckung 2, der Zylinderblock 9, der Zylinderkopf 10 und
die hintere Abdeckung 14 sind über Befestigungsbolzen 15 befestigt.
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Die
Schwenkscheibe 1 hat im Mittelabschnitt eine sphärische Ausnehmung 1d,
deren Kugelmittelpunkt mit dem Kugelmittelpunkt des sphärischen
Abschnitts 1a übereinstimmt.
In dieser sphärischen Ausnehmung 1d ist
ein konvexer kugelförmiger
Abschnitt 16a eines Endes einer Schubstange 16 aufgenommen,
die in eine mittige Durchgangsbohrung des Zylinderblocks 9 gleitend
eingesetzt ist und von einer Druckfeder beaufschlagt wird, so daß der sphärische Abschnitt 1a der
Schwenkscheibe 1 gegen das sphärische Gegenlager 2a der
Abdeckung 2 gepreßt
wird. Wenn auf die Schwenkscheibe 1 während des Stillstands der Pumpe
kein in den Arbeitskammern 11 erzeugter Druck wirkt, wird
der konvexe sphärische
Abschnitt 1a der Schwenkscheibe 1 mit dem sphärischen
Gegenlager 2a der Frontabdeckung 2 in Kontakt
gehalten.
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Da
bei dieser Konstruktion der Kugelmittelpunkt des sphärischen
Abschnitts 1a der Schwenkscheibe 1 ein Fixpunkt
ist und sich die Schwenkscheibe 1 durch die Wirkung des
Führungsstifts 5 nicht
drehen kann, läuft
das sphärische
Lager 4 und der Schaftabschnitt 1b der Schwenkscheibe 1 um den
Fixpunkt um, wenn sich die Welle 3 dreht. Der Flansch 1c der
Schwenkscheibe 1 wird durch den Umlauf des Schaftabschnitts 1b in ähnlicher
Weise wie eine herkömmliche
Taumelscheibe verschwenkt. Die Schwenkbewegung des Flansches 1c bewegt die
Kolben 8 über
die Kolbenstangen 7 hin und her, wodurch ein Arbeitsfluid
mit Druck beaufschlagt und transportiert wird.
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Der
Druck in den Arbeitskammern 11 wird auf die Schwenkscheibe 1 von
den Kolben 8 und der Kolbenstange 7 übertragen,
wobei auf den sphärischen
Abschnitt 1a der Schwenkscheibe 1 vom Gegenlager 2a eine
Gegenkraft ausgeübt
wird, so daß die
Kräfte
in Schubrichtung im Gleichgewicht sind, ohne daß ein weiteres Schublager vorhanden
ist.
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Andererseits
wird der Druck in den Arbeitskammern 11 über den
Zylinderkopf 10, der ein Ende jeder Arbeitskammer 11 verschließt, auch
auf die Frontabdeckung 2, den Zylinderblock 9,
den Zylinderkopf 10 und die hintere Abdeckung 14,
die mittels der Befestigungsbolzen zu einer Baueinheit kombiniert
sind, ausgeübt.
Die Gegenkraft von dem sphärischen
konvexen Abschnitt 1a der Schwenkscheibe 1 wird
jedoch auf das sphärische
Gegenlager 2a ausgeübt,
so daß die
Kräfte
in Schubrichtung im Gleichgewicht sind, ohne daß ein weiteres Schublager vorgesehen
ist.
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Zwischen
dem sphärischen
Abschnitt 1a und dem Gegenlager 2a wirkt eine
verhältnismäßig hohe Last.
Die Relativbewegung zwischen dem sphärischen Abschnitt 1a und
dem Gegenlager 2a ist jedoch eine Schwenkbewegung, deren
Schwenkwinkel klein ist, so daß die
Gleitgeschwindigkeit klein ist und die erzeugte Wärmemenge,
die einen mechanischen Reibungsverlust und eventuell ein Festfressen
bewirkt, klein wird, so daß die
Pumpe mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit arbeitet.
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Da
ferner die Pumpe außer
den sphärischen Unterstützungsabschnitten
keine Schubunterstützung
hat, besteht kein Bedarf an Rollenlagern, so daß die Pumpe preiswert ist und
eine lange Lebensdauer besitzt. Ferner sind die Kosten dadurch geringer,
daß die
in einer herkömmlichen
Taumelscheiben-Pumpe erforderliche Taumelscheibe nicht notwendig
ist.
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Wie
aus einem Vergleich der 1 und 3 hervorgeht,
verschiebt eine axiale Verschiebung der Antriebswelle 3 die
Position des sphärischen
Lagers 4, das einen Verbindungsabschnitt zwischen dem Wellenabschnitt 1b und
der Antriebswelle 3 bildet, wodurch der Neigungswinkel
des Wellenabschnitts 1b in bezug auf die Drehachse der
Antriebswelle 3 geändert
werden kann, um den Schwenkwinkel des Flansches 1c zu verändern.
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Dadurch
steigt der Kolbenhub von dem in 1 angegebenen
Wert S1 auf den in 3 angegebenen Wert S2 an. Während in
der herkömmlichen Taumelscheiben-Pumpe
der Kolbenhub durch den Neigungswinkel der Taumelscheibe festgelegt
war, besitzt die Pumpe gemäß dieser
Ausführung
der Erfindung eine Funktion der Änderung
der Verdrängung,
um die Förderleistung
der Pumpe durch Ändern
des Kolbenhubs zu verstellen, wenn dies erforderlich ist.
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In
der obenbeschriebenen ersten Ausführung der Erfindung sind die
Kolben 8 mit dem Flansch 1c der Schwenkscheibe 1 verbunden,
diese Konstruktionseinschränkung
ist jedoch in der Praxis nicht erforderlich. Wenn beispielsweise
die Stirnfläche
des Flansches 1c gleichmäßig eben ist und die Form des Kolbens
der Form des Kolbens der bekannten Taumelscheiben-Kolbenpumpe gemäß dem obererwähnten Artikel
MECHANICAL ENGINEERS' HANDBOOK,
B5, Fluid Machinery, Seite 190, 437, nachempfunden
wird und wenn dazwischen ein Kolbenschuh wie in der Taumelscheiben-Kolbenpumpe eingebaut
wird, kann der Kolben durch die Schwenkbewegung des Flansches hin
und herbewegt werden. In jedem Fall ist es notwendig, die Bewegung des
Flansches 1c an einer von der Mittelachse des sphärischen
Abschnitts 1a der Schwenkscheibe 1 radial beabstandeten
Position an die Bewegung der Kolben zu binden.
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Selbst
wenn bei der Pumpe mit den obengenannten Kolbenschuhen der Flansch 1c allmählich gedreht
wird, um in Umfangsrichtung abzuweichen, kann die Pumpe normal arbeiten,
so daß die
erste Ausführung
der Erfindung ohne einen Rotationsverhinderungsmechanismus in die
Praxis umgesetzt werden kann.
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Bei
dem in den 4 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiel
hat eine drehbare Schwenkscheibe 17 einen konvexen sphärischen
bzw. halbkugelförmigen
Führungsabschnitt 17a und
einen Schaftabschnitt 17b, der sich vom Kugelmittelpunkt des
sphärischen
Führungsabschnitts 17a radial
erstreckt.
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Eine
Frontabdeckung 18, ein Zylinderblock 19 und ein
Zylinderkopf 20 sind aneinander mittels Befestigungsbolzen 21 befestigt,
die in ihren äußeren Umfangsabschnitten
angeordnet sind, und bilden zusammen mit einer Antriebswelle 23,
die am Mittelabschnitt des Zylinderblocks 19 über eine
Mutter 22 befestigt ist, eine Rotationsbaugruppe.
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Die
Frontabdeckung 18 enthält
einen vorstehenden hohlen Abschnitt 18a mit zylindrischer
Umfangsfläche,
der in einem Gleitlager 24b in einem vorstehenden Teil 24a eines
vorderen Gehäuseteils 24 gelagert
ist. Die Antriebswelle 23 ist in einem inneren Gleitlager 25b in
einem Mittelteil 25a eines hinteren Gehäuseteils 25 gelagert.
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Das
vordere Gehäuseteil 24 und
das hintere Gehäuseteil 25 sind
durch mehrere Bolzen 26 aneinander befestigt und bilden
ein Gehäuse.
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Zur
drehbaren Halterung des Schaftabschnitts 17b und zum Verstellen
seines Neigungswinkels dient eine sphärische Lagerbuchse 27,
in die der Schaftabschnitt 17b gleitend eingeschoben und die
in ein Gleitelement 28 drehbar eingesetzt ist. Zapfen 28a, 28b sind
in zwei Führungselementen 30, 31 verschiebbar
gehalten, die beide am vorstehenden Teil 24a des vorderen
Gehäuses 24 befestigt
sind.
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Ein
Führungselement 30 trägt eine
Schraube 32, deren Stiftabschnitt 32a in eine
im Zapfenabschnitt 28a ausgebildete Keilnut 28c eingreift,
um eine Verdrehung des Gleitlagers 28 um die Achsen der
Zapfen 28a, 28b zu verhindern. Die sphärische Lagerbuchse 27 ist
so verstellbar, daß die
radiale Position des Schaftabschnitts 17b geändert werden kann.
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Der
sphärische
Abschnitt 17a der Schwenkscheibe 17 ist an einem
sphärischen
Gegenlager 18b der Frontabdeckung 18 drehbar abgestützt, während der
Schaftabschnitt 17b mittels der sphärischen Lagerbuchse 27 drehbar
gehalten ist. Da die sphärische Lagerbuchse 27 an
einer von der Drehachse des Gegenlagers 18b beabstandeten
Position angeordnet ist, sind die Drehachsen der Schwenkscheibe 17 und der
Frontabdeckung 18 zueinander geneigt.
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An
der Schwenkscheibe 17 ist ein Zapfen 33 befestigt,
der vom Außenumfang
eines Flanschabschnitts 17c der Schwenkscheibe 17 radial
absteht. Der Zapfen 33 greift in eine Durchgangsbohrung
eines rechtwinkligen Blocks 34 drehbar ein. Der Block 34 hat
zwei parallele Seitenflächen
und greift in eine im Umfangsabschnitt der Frontabdeckung 18 ausgebildete
Führungsnut
wie bei der ersten Ausführung
im Gleitsitz ein. Dadurch wird eine synchrone Rotation der mit dem
drehange triebenen Zylinderblock 19 fest verbundenen Frontabdeckung 18 mit
der Schwenkscheibe 17 gewährleistet.
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Der
Rotationssynchronisationsmechanismus besitzt eine ähnliche
Konstruktion wie der in 2 gezeigte Mechanismus.
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Am
Flanschabschnitt 17c sind von der Mittelachse des Schaftabschnitts 17b radial
beabstandete und winkelversetzte Kolbenstangen 35 mit sphärischen
Enden angebracht. Das eine Ende jeder Kolbenstange 35 ist
am Flanschabschnitt 17c drehbar abgestützt, während das andere Ende der Stange 35 an
einem entsprechenden Kolben 36 drehbar angebracht ist.
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Der
Zylinderblock 19 besitzt mehrere achsparallele Zylinder 19a,
die in einem radialen Abstand von der Drehachse winkelversetzt angeordnet sind.
Die Kolben 36 sind in die entsprechenden Zylinder 19a gleitend
eingesetzt.
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Ein
offenes Ende jedes Zylinders 19a ist durch den Zylinderkopf 20 verschlossen,
wobei die Zylinder 19a, die Kolben 36 und der
Zylinderkopf 20 mehrere Arbeitskammern 37 definieren.
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An
einer Stirnfläche
des Zylinderkopfs 20 sind mehrere radiale Verbindungsnuten 20a ausgebildet,
die sich von den offenen Abschnitten der Zylinder 19a zum äußeren Umfang
der Antriebswelle 23 erstrecken. In der Antriebswelle 23 sind
mehrere Verbindungsbohrungen 23a ausgebildet, die mit den Verbindungsnuten 20a und
mit dem Gleitlager 25b des hinteren Gehäuses 25 in Verbindung
stehen. In dem Gleitlager 25b sind eine Saugnut 25c und
eine Fördernut 25d an
einer axialen Position ausgebildet, in die ein Ende jeder Verbindungsbohrung 23a mündet, wie
in 5 gezeigt ist. Die Saugnut 25c steht mit
einem Sauganschluß 25e in
Verbindung, während
die Fördernut 25d mit
einem Förderanschluß 25f in
Verbindung steht.
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Die
Schwenkscheibe 17 hat eine zentrale sphärische Ausnehmung 17d,
deren Zentrum mit dem Kugelmittelpunkt des sphärischen Abschnitts 17a zusammenfällt. Ein
sphärischer
Endabschnitt 38a eines Buchsenelements 38 ist
in die zentrale sphärische
Ausnehmung 17d eingepaßt,
und drückt den
sphärischen
Abschnitt 17a auf das sphärische Gegenlager 18b der
Frontabdeckung 18, wodurch zwischen dem Gegenlager 18b und
dem sphärischen
Abschnitt 17a stets ein enger Kontakt gehalten wird.
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Wenn
die Antriebswelle 23 in der in den 4 und 6 angegebenen
Pfeilrichtung gedreht wird, rotieren die Frontabdeckung 18,
der Zylinderblock 19 und der Zylinderkopf 20,
wodurch auch die Schwenkscheibe 17 gedreht wird, wobei
die Drehung der Schwenkscheibe 1 durch den Rotationssynchronisationsmechanismus
mit der Drehung des Zylinderblocks 19 synchronisiert ist.
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Da
die Drehachsen der beiden Rotationselemente relativ zueinander geneigt
sind, bewegen sich die mit dem Flansch 17c über die
Kolbenstangen 35 verbundenen Kolben 36 in den
Zylindern 19a hin und her, wobei sie sich zusammen mit
dem Zylinderblock 19 drehen.
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Die
Volumina der durch die Kolben 36 usw. definierten Arbeitskammern 37 sind
größer, wenn sich
die Arbeitskammern 37 in den Schnittansichten der 4 und 6 auf
der unteren Seite bewegen, und sind kleiner, wenn sich die Arbeitskammern 37 in dieser
Schnittansicht auf der oberen Seite bewegen. Da die Öffnungen
der Verbindungsbohrungen 23a, die mit den Arbeitskammern 37 über die
Verbindungsnuten 20a in Verbindung stehen, mit der Saugnut 25c in
Verbindung stehen, wenn die Volumina der Arbeitskammern groß sind (auf
der unteren Seite in der Schnittansicht in 4), strömt das Arbeitsfluid aus
dem Sauganschluß 25e in
die Arbeitskammern 37; da andererseits die Öffnungen
der Verbindungsbohrungen 23a dann, wenn die Volumina der Arbeitskammern 37 klein
sind (auf der oberen Seite in 4), mit
der Fördernut 25d in
Verbindung stehen, wird das Arbeitsfluid aus dem Förderanschluß 25f ausgestoßen, wodurch
die Pumpfunktion ausgeführt wird.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 4 und 6 werden die beiden Rotationsbaugruppen durch
die Antriebswelle 23 drehangetrieben. Dieser Drehantrieb
kann jedoch auch durch den Schaftabschnitt 17b der Schwenkscheibe 17 gegeben
sein.
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In
diesen Fällen
wird der Druck in den Arbeitskammern 37 über die
Kolben 36 und die Kolbenstange 35 auf die Schwenkscheibe 17 ausgeübt, die Gegenkraft
wird jedoch auf den sphärischen
Abschnitt 17a vom sphärischen
Gegenlager 18b der Frontabdeckung 18 ausgeübt, so daß die Kräfte in Schubrichtung
ohne irgendeinen weiteren Schubunterstützungsabschnitt im Gleichgewicht
sind.
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Andererseits
wird der Druck der Arbeitskammern 37 über den Zylinderkopf 20,
der ein Ende jeder Arbeitskammer 37 verschließt, auf
die Frontabdeckung 18, den Zylinderblock 19, den
Zylinderkopf 20 und die Antriebswelle 23, die
alle aneinander befestigt und als Baueinheit ausgebildet sind, ausgeübt. Die
Gegenkraft vom sphärischen
Abschnitt 17a wird jedoch auf das sphärische Gegenlager 18b der Frontabdeckung 18 ausgeübt, so daß die Kräfte in Schubrichtung
ohne irgendeinen weiteren Schubunterstützungsabschnitt im Gleichgewicht
sind.
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Zwischen
dem sphärischen
Abschnitt 17a und dem sphärischen Gegenlager 18b wirkt
eine verhältnismäßig hohe
Last. Die Relativbewegung zwischen dem sphärischen Abschnitt 17a und
dem Gegenlager 18b ist jedoch eine Schwenkbewegung mit kleinem
Schwenkwinkel, so daß die
Gleitgeschwindigkeit und die erzeugte Wärmemenge, die einen mechanischen
Reibungsverlust und eventuell ein Festfressen hervor ruft, gering
sind, wodurch die Pumpe mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit
arbeitet.
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Da
die Pumpe ferner außer
der sphärischen Abstützung keinen
Schubunterstützungsabschnitt besitzt,
besteht kein Bedarf an Rollenlagern, so daß die Pumpe preiswert ist und
eine lange Lebensdauer besitzt.
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Wie
aus dem Vergleich der 4 und 6 hervorgeht,
bewirkt bei diesem Ausführungsbeispiel eine
radiale Verschiebung des Gleitelements 28 eine Verschiebung
der sphärischen
Lagerbuchse 27, die einen Verbindungsabschnitt zwischen
dem Schaftabschnitt 17b und dem Gleitelement 28 bildet,
wobei der Neigungswinkel zwischen dem Schaftabschnitt 17b der
Schwenkscheibe 17 und der Drehachse der Antriebswelle geändert werden
kann. Durch Verschieben des Gleitelements 28 wird somit
eine variable Verdrängung
erreicht, wodurch die Förderleistung
der Verstellpumpe durch Ändern
des Kolbenhubs eingestellt werden kann.
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Das
zweite Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann als Flüssigkeitspumpe
oder als Fluidmotor arbeiten.
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Wenn
nämlich
die Saugnut 25c, die als Flüssigkeitszufuhrnut dient, mit
einem Zufuhranschluß für mit Druck
beaufschlagtes Fluid anstatt mit dem Sauganschluß 25e verbunden wird
und wenn die Fördernut 25d,
die als Flüssigkeitsfördernut
dient, mit einem Förderanschluß für das mit
reduziertem Druck beaufschlagte Fluid anstatt mit dem Förderanschluß 25f verbunden
wird, strömt
das mit Druck beaufschlagte Fluid in die Arbeitskammern 37 an
der Position, an der die Arbeitskammern 37 mit dem mit
Druck beaufschlagten Fluid in Verbindung stehen (auf der unteren
Seite der Schnittansicht der 4 und 6;
linke Hälfte
von 5), um die Volumina der entsprechenden Arbeitskammern 37 zu
erhöhen,
so daß die Kolben 36 bewegt
werden und die An triebswelle 23, die als Abtriebswelle
dient, in den 4 und 6 in Pfeilrichtung
drehen.
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Zu
diesem Zeitpunkt werden die Volumina der Arbeitskammern 37 in
der Position, in der die Arbeitskammern 37 mit dem Druckfluid
in Verbindung stehen (auf der oberen Seite der Schnittansicht in den 4 und 6;
rechte Hälfte
von 5) reduziert, so daß die Kolben 36 das
mit reduziertem Druck beaufschlagte Fluid aus den Kammern ausstoßen. Da
die Energie, die durch die Beaufschlagung der Kolben 36 mit
dem mit Druck beaufschlagten Fluid erhalten wird, größer als
die Energie ist, die durch die Druckbeaufschlagung des mit dem reduzierten
Druck beaufschlagten Fluids durch die Kolben 36 erhalten wird,
kann die Energiedifferenz an der Abtriebswelle der Welle 23 abgegriffen
werden. Die Abtriebswelle kann auch der Schaftabschnitt 17b der
Schwenkscheibe 17 sein.
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Wenn
die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
als Flüssigkeitsmotor
betrieben wird, ist die erzeugte Wärmemenge klein, die einen mechanischen
Reibungsverlust und eventuell ein Festfressen hervorrufen könnte. Damit
kann die Maschine mit hohem Wirkungsgrad und hoher Zuverlässigkeit
arbeiten, die zudem preiswert ist und eine lange Lebensdauer hat,
da sie keinen Rotationsunterstützungsabschnitt
aufweist, auf den eine verhältnismäßig große Schublast
ausgeübt
wird, und da die Verwendung von Rollenlagern nicht notwendig ist.
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Weiterhin
kann bei der erfindungsgemäßen Maschine
als Fluidmotor die Ausgangsleistung durch Verändern des Kolbenhubs je nach
Anforderung eingestellt werden.