DE3733083A1 - Verstellbare axialkolbenmaschine in schraegscheibenbauweise - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer in einem Gehäuse koaxial zur Drehachse der Maschine drehbaren Zylindertrommel, die eine Mehrzahl von zylindrischen Längsbohrungen mit Kolben aufweist, wobei die Kolben mit einer Wirkfläche eines Schwenkkörpers in Wirkverbindung stehen, wobei der Schwenkwinkel des Schwenkkörpers mit Hilfe einer Stellein­ richtung gegenüber der Drehachse der Maschine veränderbar ist und wobei sich der Schwenkkörper mit seiner der Wirk­ fläche gegenüberliegenden Stützseite auf einer Stützfläche im Gehäuse abstützt.

Derartige Axialkolbenmaschinen sind bekannt. Bei diesen ist die Stützseite des Schwenkkörpers halbzylindrisch ausgebildet und stützt sich in einer hohlzylindrisch ge­ formten Stützfläche mit gleichem Radius im Gehäuse ab. Die Schwenkbewegung des Schwenkkörpers erfolgt dabei um eine ortsfeste Schwenkachse. Die Schwenkbewegung wird entweder durch eine Gleitlagerung ermöglicht oder sie erfolgt mit Hilfe von Wälzkörpern, die sich zwischen der Stützseite des Schwenkkörpers und der Stützfläche des Gehäuses befinden. Nachteilig ist bei solchen Konstruktionen die durch die halbzylindrische Gestaltung des Schwenkkörpers bedingte große Axiallänge der Maschine. Bei der Ausführung mit Gleitlagerung ist zudem die Verwendung von die Gleit­ bewegung unterstützendem Material und hydrostatische Entlastung nötig. Die Ausführung mit Wälzkörpern zwischen den Lagerflächen erhöht zusätzlich die axialen Abmessungen.

Weiterhin ist in der EP-A 01 63 995 eine hydrostatische Axialkolbenmaschine beschrieben, deren Schiefscheibe um eine Schwenkachse in einem Schwenklager schwenkbar gelagert ist, welches durch zwei längs der Schwenkachse hinterein­ ander liegenden, in sphärischen Ausnehmungen des topfförmigen Gehäuseteils und in sphärischen Ausnehmungen der Schief­ scheibe lagernden Kugeln besteht. An dieser Axialkolben­ maschine ist nachteilig, daß beim Verändern des Schwenkwinkels der Schiefscheibe an den Lagerstellen hohe Gleitreibung auftritt, die durch hydrostatische Entlastung und Verwendung von Material mit niedrigem Reibungskoeffizienten verringert werden muß, um die Stellkraft gering zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Axialkolben­ maschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die kurze axiale Abmessungen aufweist und bei Veränderung des Schwenk­ winkels des Schwenkkörpers Gleitbewegungen im Schwenkkörper­ lager vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Stützseite des Schwenkkörpers und die Stützfläche im Gehäuse zusammenwirkende Konturen aufweisen, die bei Betätigung der Stelleinrichtung Rollbewegungen des Schwenk­ körpers relativ zur Stützfläche erzeugen.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform bleibt die Schwenkachse des Schwenkkörpers nicht ortsfest, sondern bewegt sich auf einer Kurvenbahn, die von der Kontur der Stützfläche im Gehäuse bestimmt wird. Es ist deshalb möglich, den Schwenkkörper als flache Scheibe auszubilden, die sich mit den Konturen auf der Stützseite direkt auf entsprechende Konturen in der Stützfläche des Gehäuses axial abstützt, wobei eine Zwischenschaltung von Wälzkörpern bzw die kon­ struktive Ausgestaltung als Gleitlager entfällt. Eine Axialkolbenmaschine nach dieser Konstruktion baut dann in axialer Richtung annähernd genau so kurz wie die bekannten Konstantmaschinen, bei denen die zur Drehachse der Maschine unverstellbar geneigte Wirkfläche auf der Gehäuseinnenseite angeformt ist. Trotzdem weist eine solche erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine beim Verstellen des Schwenkkörpers die geringstmögliche Lagerreibung, nämlich Wälzreibung auf.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der er­ findungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind auf der Stützseite des Schwenkkörpers und auf der Stützfläche im Gehäuse Verzahnungen vorgesehen, die zusammenwirken und die Wälz­ bewegung solcher Art führen, daß Gleitbewegungen zwischen der Stützseite des Schwenkkörpers und der Stützfläche im Gehäuse verhindert werden. Die Verzahnung ist vorzugsweise als Evolventenverzahnung ausgebildet. Es können aber auch andere Verzahnungsarten bzw. andere formschlüssige Mittel vorgesehen werden, die ein Gleiten des Schwenkkörpers relativ zum Gehäuse ausschließen und eine abwälzende Bewegung sicherstellen. Die zusammenwirkenden Verzahnungen befinden sich vorzugsweise am Außenumfang von Stützseite und Stützfläche.

Es ist günstig, als Kontur für die Stützseite des Schwenk­ körpers eine konvexe Form vorzusehen, die beispielsweise teilzylindrisch ausgebildet sein kann, und die Stützfläche im Gehäuse senkrecht zur Drehachse als im wesentlichen ebene Fläche auszubilden. Auf diese Weise ergeben sich sehr einfache geometrische Verhältnisse, die bei Betätigung der Stelleinrichtung die gewünschte Rollbewegung des Schwenk­ körpers relativ zur Stützfläche erzeugen. Auch andere geometrische Paarungen von Konturen der Stützseite und der Stützfläche sind denkbar, jedenfalls alle, die eine Wälzbewegung des Schwenkkörpers relativ zur Stützfläche erzeugen. So ist zum Beispiel eine Umkehrung der geometrischen Verhältnisse denkbar, das heißt, daß die Stützseite flach ausgebildet ist und die Stützfläche eine konvexe Kontur aufweist.

Anhand nachstehender schematischer Figuren soll die Er­ findung beispielhaft erklärt werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine verstellbare Axial­ kolbenmaschine bei maximaler Auslenkung des Schwenk­ körpers

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Axialkolbenmaschine bei Nullhubstellung des Schwenkkörpers

Fig. 3 einen Längsschnitt senkrecht zum Schnitt nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der erfindungs­ gemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine. In einem Gehäuse 1 ist eine An- bzw. Abtriebswelle 2 drehbar gelagert. Mit der Welle 2 fest verbunden, beispielsweise durch Preß­ passung, Paßfedern oder ähnliche Mittel, ist eine Zylinder­ trommel 3 mit einer Mehrzahl von zylindrischen Längs­ bohrungen 4, in denen Kolben 5 verschiebbar sind. Die Längs­ bohrungen 4 sind durch Bohrungen 6 mit einem Steuerspiegel 7 und hier nicht gezeigten Flüssigkeitszufuhr- und Flüssig­ keitsabfuhrkanälen in einem Steuerboden 8 verbunden. Die Kolben 5 sind an ihren aus den Längsbohrungen 4 heraus­ ragenden Enden als Kugelköpfe 9 ausgebildet, die in ent­ sprechende Ausnehmungen in Gleitschuhen 10 aufgenommen sind. Die Gleitschuhe 10 lagern hydrostatisch entlastet auf einer Wirkfläche 11 eines Schwenkkörpers 12, der be­ züglich einer Rotationsbewegung der mit der Welle 2 ver­ bundenen Zylindertrommel 3 und deren Kolben 5 stillsteht, so daß sich eine Relativbewegung zwischen den Gleit­ schuhen 10 und dem Schwenkkörper 12 ergibt. Durch eine Niederhalteplatte 13 werden die Gleitschuhe 10 in Anlage an die Wirkfläche 11 gehalten. In der hier gezeigten Stellung des Schwenkkörpers 12, in der ein maximaler Schwenkwinkel erreicht ist, werden bei angetriebener Welle 2, das heißt bei Pumpenbetrieb, Kolbenhübe innerhalb der zylindrischen Längsbohrung 4 erzeugt mit der Folge, daß Fluid verdrängt bzw. angesaugt und Druck erzeugt wird. Im umgekehrten Fall, also bei Motorbetrieb, wird durch Druckbeaufschlagung von Kolben 5 über die Wirkverbindung zwischen den Gleitschuhen 10 und dem Schwenkkörper 12 ein auf die Zylindertrommel 3 und Welle 2 wirkendes Drehmoment erzeugt und somit eine Drehbewegung erreicht, die am außerhalb des Gehäuses 1 befindlichen Ende der Welle 2 abgegriffen werden kann.

Bei einer anderen hier nicht gezeigten Ausführungsform der Axialkolbenmaschine ist es auch möglich, den Schwenk­ körper 12 in Gegenrichtung auszulenken, so daß sich ein zweiter maximaler Schwenkwinkel ergibt. Dadurch wird bei Pumpenbetrieb die Strömungsrichtung des Fluids und bei Motorbetrieb die Drehrichtung der Welle 2 umgekehrt.

Zwischen der Maximalstellung, das heißt der Schwenkkörper­ stellung mit maximaler Auslenkung des Schwenkkörpers 12, und der Nullhubstellung, das heißt der Stellung in der der Schwenkkörper 12 und dessen Wirkfläche 11 senkrecht zur Drehachse der Welle 2 stehen, kann der Schwenkwinkel beliebig eingestellt werden. Dies geschieht durch eine ringförmig gestaltete Stelleinrichtung, bestehend aus einer in der Innenbohrung des Gehäuses 1 verschiebbar ge­ lagerten Buchse 14 und einem gegen den Steuerboden 8 abge­ stützten Abdichtring 15. Zwischen Buchse 14 und Abdicht­ ring 15 befindet sich ein Raum 16, in den unter Druck stehen­ des Fluid gelangt, wodurch die Buchse 14 vom Abdichtring 15 weg aus der Innenbohrung des Gehäuses 1 ausgeschoeben wird.

Diese Buchse 14 ist mit Hilfe von in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln mit dem Schwenkkörper 12 gelenkig verbunden und bewegt diesen daher in Richtung auf die Null­ hublage. Die Gegenbewegung der Buchse 14 bzw. des Schwenk­ körpers 12 wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß die Schwenkkörperlagerung außermittig erfolgt, weil dann aufgrund des vorliegenden Hebelverhältnisses die Rück­ schwenkung des Schwenkkörpers 12 infolge der von den Kolben 5 herrührenden Kolbenkräfte automatisch erfolgt. Die Rückschwenkbewegung kann auch durch Federkraft oder hydraulisch unterstützt werden.

Der Schwenkkörper 12 lagert erfindungsgemäß mit seiner auf der Wirkfläche 11 gegenüberliegenden Stützseite 17 angeformten Kontur 18 auf einer Stützfläche 19 im Gehäuse 1. Der Schwenkkörper 12 hat im wesentlichen die Form einer Ringscheibe. Die Stützfläche 19 kann direkt im Gehäuse 1 angeformt oder, wie in der Zeichnung, Teil eines in das Gehäuse 1 integrierten Bauelements 20 sein, welches die Form einer radial halbierten Ringscheibe aufweist. Die Kontur 18 ist konvex teilzylindrisch, wobei jedoch auch andere konvexe Konturen vorgesehen werden können. Sie besteht aus zwei Einzelkonturen mit gemeinsamer Zylinder­ achse, die sich in radialem Abstand von der Mittelachse des ringscheibenförmigen Schwenkkörpers 12 beiderseits der Welle 2 befinden und sich jeweils am Innendurch­ messer des Schwenkkörpers 12 beginnend radial nach außen erstrecken. Die mit der Kontur 18 zusammenwirkende Gegen­ kontur auf der Stützfläche 19 des Bauelements 20 ist eine senkrecht zur Drehachse der Welle 2 befindliche ebene Fläche. Bei Betätigung der Stelleinrichtung, also beim Ein- oder Ausfahren der Buchse 14 vollführt der Schwenk­ körper 12 mit Hilfe seiner auf der Stützseite 17 angeformten konvexen teilzylindrischen Kontur 18 eine abwälzende Roll­ bewegung auf der ebenen Gegenkontur der Stützfläche 19. Auf diese Weise muß zwischen dem Schwenkkörper 12 und der Stützfläche 19 lediglich die Wälzreibung überwunden werden.

Für ein automatisches Rückschwenken des Schwenkkörpers 12 wird bezüglich der Mittellinie der An- bzw. Abtriebswelle 2 eine solche Position der Kontur 18 gewählt, die eine außer­ mittige Lagerung des Schwenkkörpers 12 ergibt. Dabei soll der sich infolge der Abwälzbewegung sich ständig verlagernde Schwenkpunkt auch bei maximaler Auslenkung des Schwenk­ körpers 12 noch außermittig liegen, so daß sich in jedem Fall eine automatische Rückschwenkung ergibt. In Umkehr der Verhältnisse kann die außermittige Lagerung auch dazu benutzt werden, ein automatisches Ausschwenken des Schwenk­ körpers 12 zu erzielen.

Der in der Zeichnung unterhalb der Drehachse der Welle 2 befindliche Teil des Schwenkkörpers 12 ist an der Stütz­ fläche 17 abgeschrägt, so daß aus diesem Grund und wegen des an dieser Stelle vorhandenen Freiraumes, der aus der Verwendung des beschriebenen Bauelements 20 resultiert, eine Schwenkbewegung des Schwenkkörpers 12 ermöglicht wird, mit dem gleichen Schwenkwinkel, wie bei den Maschinen des bekannten Standes der Technik. Die Stützfläche 17 liegt in diesem Bereich bei maximaler Auslenkung des Schwenk­ körpers 12 planparallel an der Gehäuseinnenseite an. Damit ist auf einfache Weise eine Begrenzung des Schwenkwinkels möglich. Besonders vorteilhaft ist aber die flache Bauweise dieser Konstruktion, die nur unwesentlich länger baut als die sogenannte Konstantmaschine in Schrägscheibenbauweise.

In Fig. 2 und Fig. 3 ist eine wesentliche Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine dargestellt.

Um die Rollbewegung des Schwenkkörpers 12 auf der Stütz­ fläche 19 des Bauelements 20 exakt zu führen, ist auf der Stützseite 17 am Außenumfang des ringscheibenförmigen Schwenkkörpers 12 in Verlängerung der gemeinsamen Zylinder­ achse der beiden konvexen teilzylindrischen Einzelkonturen jeweils ein Zahn 21 vorgesehen, der in den gegenüberliegenden Zahnzwischenraum zweier Zähne 22, 23 auf der Stützfläche 19 eingreift. Diese zusammenwirkende Verzahnung ist als Evolentenverzahnung ausgebildet. Die Zähne 21 auf der Stützseite 17 des Schwenkkörpers 12 sind gewissermaßen Zähne eines Zahnrades, während die Zähne 22, 23 auf der Stützfläche 19 des Bauelements 20 die Zähne einer Zahnstange darstellen. Die Bewegung eines solchen Zahnrads entlang einer Zahnstange erzeugt eine Rotation des Zahnrads bei gleichzeitiger linearer Verschiebung der Zahnradachse parallel zur Zahnstange. Die dargestellte zusammenwirkende Verzahnung verhindert eine Verschiebung des Schwenkkörpers 12 relativ zur Stützfläche 19 und sichert damit eine exakt definierte Abwälzbewegung.

Claims (4)

1. Verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer in einem Gehäuse koaxial zur Drehachse der Maschine drehbaren Zylindertrommel, die eine Mehrzahl von zylindrischen Längsbohrungen mit Kolben aufweist, wobei die Kolben mit einer Wirkfläche eines Schwenk­ körpers in Wirkverbindung stehen, wobei der Schwenkwinkel des Schwenkkörpers mit Hilfe einer Stelleinrichtung gegenüber der Drehachse der Maschine veränderbar ist und wobei sich der Schwenkkörper mit seiner der Wirk­ fläche gegenüberliegenden Stützseite auf einer Stützfläche im Gehäuse abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützseite (17) des Schwenkkörpers (12) und die Stütz­ fläche (19) im Gehäuse (1) zusammenwirkende Konturen aufweisen, die bei Betätigung der Stelleinrichtung Roll­ bewegungen des Schwenkkörpers (12) relativ zur Stütz­ fläche (19) erzeugen.

2. Verstellbare Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der Stützseite (17) des Schwenkkörpers (12) und auf der Stützfläche (19) im Gehäuse (1) zusammenwirkende Verzahnungen (21, 22, 23) zur Führung der von den Konturen erzeugten Rollbewegung befinden.

3. Verstellbare Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur auf der Stütz­ seite (17) des Schwenkkörpers (12), die mit der Stützfläche (19) im Gehäuse (1) in Eingriff steht, eine konvexe Form aufweist.

4. Verstellbare Axialkolbenmaschine nach Anpruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche (19) im Gehäuse (1) senkrecht zur Drehachse angeordnet und als eine im wesentlichen ebene Fläche ausgebildet ist.