EP3211230A1

EP3211230A1 - Axialkolbenmaschine, insbesondere axialkolbenpumpe

Info

Publication number: EP3211230A1
Application number: EP16201457.5A
Authority: EP
Inventors: Van No Lanevongsa; Didier Angeloz
Original assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Current assignee: Liebherr Machines Bulle SA
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2017-08-30
Also published as: CH712152A1

Abstract

Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe, umfassend: eine Triebwelle (1); ein Triebwerk (2), das drehfest mit einer Triebwelle verbunden ist und diese in Umfangsrichtung umgibt; einen Triebwerkskolben (3), der in einer Zylinderbohrung (4) des Triebwerks hin- und herbewegbar aufgenommen ist; eine Schrägscheibe (5) zum Eindrücken des Triebwerkskolbens in die Zylinderbohrung beim Drehen des Triebwerks um die Rotationsachse der Triebwelle; eine Rückzugsplatte (6) zum Ausziehen des Triebwerkskolbens aus der Zylinderbohrung beim Drehen des Triebwerks um die Rotationsachse der Triebwelle; eine Rückzugskugel (7) zum Drängen der Rückzugsplatte in Richtung der Schrägscheibe; ein Federelement (8) zum Aufbringen einer Federkraft, und mindestens einen Haltestift (9), der die Federkraft an die Rückzugskugel weitergibt; wobei der mindestens eine Haltestift zum Weitergeben der Federkraft an die Rückzugskugel durch eine jeweilige durch das Triebwerk verlaufende Bohrung (10) verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe.
Eine typische Ausgestaltung einer Axialkolbenmaschine ist eine Axialkolbenpumpe. Diese ist ein Energiewandler, der über seine Triebwelle mechanische Leistung aufnimmt und hydraulische Leistung abgibt, indem auf der Niederdruckseite eines Ölkreislaufs Öl angesaugt wird und die mechanische Leistung - abzüglich bestehender Wirkungsgradverluste, wie Reibung, Schluckverluste, oder ähnliches - zum Aufbau von Kompressionsleistung genutzt wird, welche in die Hochdruckseite eines Ölkreislaufs eingespeist wird, um diese dann an einen oder mehrere Verbraucher von hydraulischer Leistung zuzuführen.
Für das grundlegende Verständnis der Erfindung ist es hilfreich zu wissen, dass eine Axialkolbenpumpe mehrere trommelrevolverartig angeordnete Kolben besitzt, die um eine Rotationsachse rotierbar sind. Um von der Niederdruckseite Hydraulikflüssigkeit anzusaugen, vollziehen die Kolben während eines halben Umlaufs eine zur Rotationsachse parallele Hubbewegung, wohingegen sie den anderen halben Umlauf einer Vollrotation um die Rotationsachse eine Senkbewegung ausführen, um das angesaugte Hydraulikfluid der Hochdruckseite zuzuführen.
Damit die Menge des geförderten Fluids steuerbar ist, ist es möglich, den maximalen Hub, den der Kolben während eines Umlaufs um die Rotationsachse ausführt, mit Hilfe einer sogenannten Schwenkwiege (die auch als Schrägscheibe bezeichnet wird) einzustellen. Der die Hubbewegung ausführende Kolben ist bei einem Umlauf um die Rotationsachse ständig parallel zur dieser ausgerichtet und wird mit Hilfe eines Gleitschuhs, der an den Kolben gelenkig angebracht ist, an die von der Schwenkwiege und der Rückzugsplatte vorgegebene Bewegung gezogen bzw. gedrängt. Dabei dreht sich die Schwenkwiege nicht mit den Kolben mit, so dass die an den Kolben befestigten Gleitschuhe eine Gleitbewegung auf der den Gleitschuhen zugewandten Fläche der Schwenkwiege vollziehen.
Die grundlegende Funktionsweise einer Axialkolbenpumpe wird anhand der Fig. 1 später detaillierter erläutert.
Für die Funktionsweise einer Axialkolbenmaschine ist es erforderlich, dass die mit den Triebwerkskolben in Verbindung stehende Rückzugsplatte über die sogenannte Rückzugskugel in Richtung der Schrägscheibe gedrückt wird. Durch das Drücken der Rückzugskugel von dem Triebwerk weg soll sichergestellt werden, dass der Verschleiß an den Kontaktflächen der mit den Zylinderkolben in Verbindung stehenden Gleitschuhe auf der darauf gleitenden Schrägscheibe gering ist. Sofern die Rückzugskugel nicht mit der richtig dosierten Kraft beaufschlagt ist, entsteht hier ein erhöhter Verschleiß.
Ein zu starkes Anpressen erhöht die dort bestehende Reibungskraft, was einen erhöhten Verschleiß sowie eine geringere Energieeffizienz mit sich bringt. Ein zu schwaches Anpressen wiederum führt dazu, dass die Laufflächen der Gleitschuhe nicht plan auf der Schrägscheibe aufliegen. Dies verursacht einen einseitigen Verschleiß an den Gleitschuhen, wodurch der Verschleiß von sowohl den Gleitschuhen als auch der Schrägscheibe massiv zunimmt.
Damit die Rückzugskugel mit einer richtig dosierten Kraft vom Triebwerk weggedrückt wird und die Gleitschuhe über die mit der Rückzugskugel in Kontakt stehende Rückzugsplatte mit dem richtigen Druck an der Schrägscheibe andrückt, ist auch der Umstand zu berücksichtigen, dass dies bei sich ändernden Betriebsbedingungen gewährleistet ist, die beispielsweise durch Temperaturänderungen verursacht werden können.
Es ist aus dem Stand der Technik eine elastische Abstützung der Rückzugskugel auf der Triebwerkszylindertrommel bekannt. Eine solche Offenbarung ist beispielsweise in der DE 10 2008 009 815 A1 gezeigt. Wie darin vorgestellt, kann eine elastische Abstützung durch Verwendung einer Vielzahnkupplung erreicht werden. Alternativ schlägt der Stand der Technik eine Zentralfeder vor (vgl. DE 10 2010 055 657 A1 ).
Eine Kompensation aufgrund solcher sich ändernder Betriebsbedingungen ist mit den innerhalb ihres linearen Arbeitsbereichs eingesetzten Schraubenfedern, das heißt innerhalb des Bereichs, in welchem das Hook'sche Gesetz F = c · x mit sehr guter Näherung gilt, erfüllbar, wobei F die Rückstellkraft der Feder, c die Federkonstante/Federhärte und x die erzwungene Änderung der Federlänge ist.
Die Umsetzung der im Stand der Technik bekannten Lösung nach einer ersten Alternative erfordert - wie bereits oben kurz erwähnt - eine sogenannte Vielzahnkupplung, die die Triebwelle in Umfangsrichtung umgibt und eine drehstarre Verbindung mit dieser erzeugt. Für die drehstarre Verbindung weist die Vielzahnkupplung an ihrem Innenumfang eine Innenverzahnung auf, die mit einer Außenverzahnung der Triebwelle in Eingriff steht. In Umfangsrichtung der Vielzahnkupplung ist eine Vielzahl von Federelementen vorgesehen, die in Längsrichtung der Triebwelle ausgerichtet ist. Dabei werden die mehreren Federn in Vertiefungen eingesteckt, die mit ihrer jeweiligen Öffnung der Triebwelle zugewandt sind. Die Vertiefungen sind dabei typischerweise rotationssymmetrisch zur Rotationsachse der Triebwelle angeordnet. Aufgrund der Montage der zahlreich einzusetzenden vergleichsweise kleinen Federn, die in die Vielzahnkupplung eingesetzt werden müssen, ist diese sehr aufwendig. Bereits in ihre Einbauposition eingesetzte Federn neigen zum Wiederherausfallen. Zudem besteht die Gefahr des Verlierens solcher Federn. In der DE 10 2008 009 815 A1 wird anstelle der gängigen Praxis, die eingesetzten Federn mit einem Auftragen von Fett oder einer anderen hochviskosen Flüssigkeit zu fixieren, jedes der einzelnen Federelemente, das in die Rückzugskugel eingesetzt ist, mit einem zusätzlichen Fixierungselement festgehalten. Bei Benutzung solcher zur Fixierung der Federn geeigneter Elemente kann zwar ein Herausfallen von Federn bei einer Demontage/ Montage vermieden werden, jedoch müssen die Elemente zur Fixierung der Federn zusätzlich montiert werden.
Eine weitere Alternative zur Umsetzung des aus dem Stand der Technik Bekannten liefert bspw. die DE 197 06 263 , bei der anstelle einer Vielzahnkupplung eine Zentralfeder genutzt wird. Hierbei wird die Rückstellkraft einer einzigen Zentralfeder über Haltestifte auf die Rückzugskugel übertragen. Die Haltestifte verlaufen dabei durch die Öffnung des Triebwerks, durch welche auch das Triebwerk selbst geführt wird und geben die Kraft der im Inneren des Triebwerks angeordneten Feder weiter. Dazu werden an der Innenverzahnung des Triebwerks, die eine drehstarre Verbindung mit der Triebwelle erzeugt, Zähne entfernt, sodass an diesen Positionen - bei einer eingesetzten Triebwelle - sich jeweils zwei Zahnradnuten von Innen- und zugehörigen Außenverzahnung gegenüberstehen. In die so geschaffenen Freiräume werden Haltestifte eingesetzt, die sich auf der dem Triebwerk zugewandten Seite der Rückzugskugel abstützen und die Federkraft an die Rückzugskugel weiterleiten.
Diese aus dem Stand der Technik bekannte Ausführungsform wird später anhand der Figuren 3 und 4 im Detail beschrieben.
Nachteilhaft an dieser Ausführungsform ist, dass einzelne Zähne aus der Innenverzahnung des Triebwerks herausgefräst werden müssen. Dies ist mit einem großen Aufwand verbunden, da die Innenverzahnung des Triebwerks aus gehärtetem Material besteht und das Herausfräsen dieser Zähne somit einen sehr spezifischen und besonders harten Fräskopf erfordert.
Weiter nachteilhaft ist, dass die Rückzugskugel an sich aus einem sehr hochwertigen Material besteht, was darauf zurückzuführen ist, dass die Drehverbindung zwischen Rückzugskugel und Triebwelle über eine Zahnradverbindung einer Innenverzahnung der Rückzugskugel und eine Außenverzahnung der Triebwelle realisiert ist. Das Übertragen der hierbei auftretenden Drehmomente über die Innenverzahnung der Rückzugskugel stellt hohe Materialanforderungen an die Rückzugskugel selbst und erfordert die Fertigung aus einem festen Material vorzugsweise Stahl.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Struktur bzw. den Aufbau einer Axialkolbenmaschine, insbesondere einer Axialkolbenpumpe, zu vereinfachen. Dies gelingt mit einer Axialkolbenmaschine, die sämtliche Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Die Erfindung beschreibt eine Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe, die umfasst: eine Triebwelle, ein Triebwerk, das drehfest mit einer Triebwelle verbunden ist und diese in Umfangsrichtung umgibt, mindestens einen Triebwerkskolben, der in einer jeweiligen Zylinderbohrung des Triebwerks hin- und her bewegbar aufgenommen ist, eine Schrägscheibe zum Eindrücken des Triebwerkskolbens in die Zylinderbohrung beim Drehen des Triebwerks um die Rotationsachse der Triebwelle, eine Rückzugsplatte zum Ausziehen des Triebwerkskolbens aus der Zylinderbohrung beim Drehen des Triebwerks um die Rotationsachse der Triebwelle, eine Rückzugskugel zum Drängen der Rückzugsplatte in Richtung der Schrägscheibe, ein Federelement zum Aufbringen einer Federkraft, und mindestens einen Haltestift, der die Federkraft an die Rückzugskugel weitergibt, wobei der mindestens eine Haltestift zum Weitergeben der Federkraft an die Rückzugskugel durch eine jeweilige durch das Triebwerk verlaufende Bohrung verläuft.
Das Triebwerk weist dabei eine Triebwerksausnehmung zum Durchführen der Triebwelle auf. Triebwerksausnehmungen und die Bohrung für einen jeweiligen Haltestift sind dabei unterschiedliche Öffnungen.
Durch das Vorsehen der Bohrung durch das Triebwerk hindurch kann der aus dem Stand der Technik erforderliche Frässchritt zum Ausfräsen eines oder mehrerer Zähne der Innenverzahnung des Triebwerks übersprungen werden. So wird die von einem Federelement ausgehende entlang der Triebwelle in Richtung des Außenverzahnungsbereichs der Triebwelle wirkende Kraft mithilfe eines durch die Bohrung geführten Haltestifts auf die Rückzugskugel übertragen. Dabei ist ebenfalls von der Erfindung umfasst, dass es mehr als einen Haltestift bzw. mehr als eine Bohrung gibt. Es ist klar, dass mehrere Haltestifte in einer jeweiligen Bohrung dem Grundgedanken der Erfindung zuzurechnen sind. Ein Haltestift weist dabei eine dem Haltestift zugeordnete Bohrung auf.
Weiter vorteilhaft an der Erfindung ist, dass die Montage im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vereinfacht wird. Durch das Einstecken der Haltestifte in eine jeweils zugehörige Bohrung ist ein zuverlässiger Montageschritt gegeben, der einfach nachgearbeitet werden kann. Weiter ist es möglich die über die Innenverzahnung des Triebwerks mit der Außenverzahnung der Triebwelle erzeugte drehstarre Verbindung weniger massiv auszuführen als diejenige Ausführungform im Stand der Technik, bei der ein oder mehrere Zähne zum Durchführen des Haltestifts herausgefräst werden. Aufgrund der höheren Anzahl der Zähne ist nämlich eine weniger massive/ weniger stark ineinander greifende Zahnverbindung bei einem gleichbleibenden maximalen Drehmoment möglich.
Nach einer optionalen Modifikation der Erfindung ist die jeweilige Bohrung auf die Außenkontur des mindestens einen Haltestifts abgestimmt, vorzugsweise weist die jeweilige Bohrung eine zur Außenkontur des mindestens einen Haltestifts entsprechende Form auf. Bei einem im Querschnitt kreisförmigen Durchschnitt des Haltestifts kann demnach die Bohrung ebenfalls kreisförmig sein. Ist der Querschnitt des Haltestifts sechseckig, so ist vorzugsweise der Querschnitt der Bohrung ebenfalls sechseckig. Im Optimalfall entspricht der Innendurchmesser der Bohrung in etwa oder genau dem Außendurchmesser des Haltestifts. Dadurch wird ein möglichst spielfreies Halten bzw. Durchführen des Haltestifts durch die Bohrung ermöglicht. Die im Querschnitt des Haltestifts erhaltene Form ist hierbei nicht auf einen Kreis oder ein Sechseck beschränkt. Andere geometrische Formen wie ein Viereck, eine Ellipse, ein Fünfeck oder dergleichen sind ebenfalls von dem Gedanken der Erfindung umfasst.
Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung ist die jeweilige Bohrung radial von der Ausnehmung zum Durchführen der Triebwelle beabstandet. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Bohrung parallel zur Ausnehmung der Triebwelle verläuft. Die quer zur Längsrichtung der Triebwelle aufgespannte Querschnittsebene zeigt demnach eine radial von der Ausnehmung zum Durchführen der Triebwelle beabstandete Bohrung, die dazu ausgelegt ist, einen Haltestift durchzuführen. Die Bohrung und die Ausnehmung zum Durchführen der Triebwelle sind dabei voneinander unabhängige Öffnungen des Triebwerks.
Vorzugsweise verläuft die jeweilige Bohrung des mindestens einen Haltestifts parallel oder im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Triebwelle.
Nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung umfasst die Axialkolbenmaschine mehrere Haltestifte mit einer jeweiligen Bohrung, wobei die Bohrungen entlang eines Kreises, dessen Mittelpunkt in der Rotationsachse der Triebwelle liegt, angeordnet sind. Vorzugsweise ist die Rotationsachse des Triebwerks identisch zu der Rotationsachse der Triebwelle.
Vorzugsweise sind die mehreren Bohrungen hierbei voneinander äquidistant beabstandet.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung umgibt die Rückzugskugel die Triebwelle in ihrer Umfangsrichtung in einem vom Triebwerk benachbarten Abschnitt. Dabei ist in Radialrichtung ausgehend von der Triebwelle zu der Rückzugskugel vorzugsweise kein weiteres Bauteil vorhanden. Selbiges kann für die Triebwelle und das sie umgebende Triebwerk gelten.
Vorzugsweise steht der mindestens eine Haltestift mit der Rückzugskugel in Kontakt, um mit dieser zusammenzuwirken und um eine drehfeste Verbindung zwischen dem mindestens einen Haltestift und der Rückzugskugel beim Rotieren des mindestens einen Haltestifts um die Rotationsachse der Triebwelle zu erzeugen.
Dies bringt den Vorteil mit sich, dass für das synchrone Drehen der Rückzugskugel mit der Triebwelle die Zahnradverbindung von Triebwelle und Rückzugskugel entfallen kann. Die Drehverbindung von Triebwelle und Rückzugskugel wird nämlich über das Triebwerk an den in der mindestens einen Bohrung des Triebwerks angeordneten Haltestift und von diesem an die Rückzugskugel weitergegeben. Das Vorsehen einer Innenverzahnung an der Rückzugskugel bzw. einer hierin eingreifenden Außenverzahnung der Triebwelle ist nicht mehr erforderlich. Dies vereinfacht die Herstellung von sowohl der Triebwelle als auch der Rückzugskugel und trägt zu einem insgesamt weniger komplexen Aufbau einer Axialkolbenmaschine bei.
Vorzugsweise greift die Stirnfläche des mindestens einen Haltestifts auf einer der Triebwelle zugewandten Seite der Rückzugskugel an, sodass eine Reibung zwischen der Stirnfläche des mindestens einen Haltestifts und der Rückzugskugel entsteht. Die hierbei entstehende Reibung ist nach einer Ausführungsvariante der Erfindung so hoch, dass eine drehstarre Verbindung zwischen dem mindestens einen Haltestift und der Rückzugskugel entsteht und die Innenverzahnung der Rückzugskugel bzw. die Außenverzahnung der Triebwelle entfallen kann.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung greift der mindestens eine Haltestift in eine jeweilige Vertiefung in der Rückzugskugel ein. Die Vertiefung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie das aus dem Triebwerk ragende Ende des mindestens einen Haltestifts aufnimmt. Dabei kann für jeden Haltestift eine eigene Vertiefung in der Rückzugskugel vorgesehen sein.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung ist der mindestens eine Haltestift zu einem Teil in einer Vertiefung der Rückzugskugel eingepresst oder mit einem aus dem Triebwerk ragenden Abschnitt mit der Rückzugskugel vergossen.
Vorzugsweise erfolgt eine Drehmomentverbindung zwischen Rückzugskugel und Triebwelle nur über den mindestens einen Haltestift und dessen zugehöriger Bohrung durch das Triebwerk.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an der Rückzugskugel keine Innenverzahnung vorhanden ist, die in eine Außenverzahnung der Triebwelle eingreift.
Um dennoch ein synchrones Drehen von Rückzugskugel und Triebwelle zu erhalten, wird eine drehstarre Verbindung zwischen Haltestift und Rückzugskugel vorgesehen. Das synchrone Drehen der Rückzugskugel mit der Triebwelle wird dann über den Drehmomentenpfad aus Triebwelle, Verzahnung der Triebwelle und Triebwerk, Angreifen der Bohrung an den in der Bohrung eingesetzten Haltestift und das Zusammenwirken von Haltestift und Rückzugskugel sichergestellt.
Nach einer weiteren optionalen Modifikation der Erfindung ist die Rückzugskugel aus Kunststoff gefertigt. Bislang war eine Fertigung der Rückzugskugel aus Kunststoff nicht möglich, da die direkte Verbindung der Rückzugskugel mit der Triebwelle, die typischerweise über eine Innenverzahnung an der Rückzugskugel und eine in die Innenverzahnung eingreifende Außenverzahnung der Triebwelle realisiert worden ist, eine Fertigung aus Kunststoff nicht zuließ. Die Innenverzahnung ist hierbei so großen Kräften ausgesetzt, dass eine Fertigung dieser aus Kunststoff nicht in Frage kam. Durch den in der Erfindung vorsehbaren Drehmomentpfad ist eine Fertigung aus Kunststoff möglich.
Vorzugsweise ist das Federelement eine Spiralfeder, bevorzugterweise eine Spiralfeder, die mit einer die Triebwelle in Umfangsrichtung umgebenden Unterlegscheibe zusammenwirkt, an deren von der Spiralfeder abgewandten Seite der mindestens eine Haltestift angreift. Dabei kann die Spiralfeder eine solche sein, deren Wicklung um die Triebwelle herum verläuft.
Nach einer weiteren optionalen Fortbildung der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine ferner einen Gleitschuh, der mit dem aus der Zylinderbohrung herausragenden Ende des Triebwerkskolbens verbunden ist und zwischen einer Schrägscheibe und Rückzugsplatte geklemmt ist, wobei vorzugsweise die Schrägscheibe und die Rückzugsplatte im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der im Detail beschriebenen Figuren ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1:: einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe nach dem Stand der Technik,
Fig. 2:: einen vergrößerten Ausschnitt einer Axialkolbenpumpe nach dem Stand der Technik,
Fig.3:: einen vergrößerten Ausschnitt einer anderen Ausführungsform nach dem Stand der Technik,
Fig. 4:: eine Querschnittsansicht eines Triebwerks nach dem Stand der Technik,
Fig. 5:: einen Ausschnitt einer Axialkolbenmaschine nach einer ersten Ausführungsform,
Fig. 6:: einen Ausschnitt einer Axialkolbenmaschine nach einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 7:: einen Ausschnitt einer Axialkolbenmaschine nach einer dritten Ausführungsform,
Fig.8:: einen Ausschnitt einer Axialkolbenmaschine nach einer vierten Ausführungsform, und
Fig. 9:: eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Triebwerks für eine Axialkolbenmaschine.

Fig. 1 zeigt einen axialen Längsschnitt mit einer Kennzeichnung der für das Verständnis der Erfindung relevanten Bauteile. Die Triebwelle 1 ist mit dem sogenannten Triebwerk 2, das ist eine Zylindertrommel, in der trommelrevolverartig mehrere mit Hydraulikkolben 3 (genannt Triebwerkskolben 3) bestückte Zylinderbohrungen 4 (genannt Triebwerkszylinderbohrungen 4) eingearbeitet sind, verbunden. In der Nullstellung - die in der Fig. 1 dargestellt ist -, in der keine Öleinspeisung an der Hochdruckseite vorliegt, erfolgt keine koaxiale Bewegung der in den Zylinderbohrungen 4 beherbergten Triebwerkskolben 3.
Damit die besagte Energiewandlung erfolgen kann, muss im Zuge der Drehung des Triebwerks 2 eine entsprechende koordinierte axiale Bewegung jedes Triebwerkskolbens 3 erfolgen, so dass sich dieser aus seiner Triebwerkszylinderbohrung 4 (bis zum Erreichen einer Endposition) solange heraus bewegt, wie der entsprechende Zylinder mit der Öl-Niederdruckseite verbunden ist und der Triebwerkskolben 3 dann wieder in den Triebwerkszylinderbohrung 4 hineingepresst wird, wenn dieser mit der Öl-Hochdruckseite verbunden ist. Die Koordination zwischen der Winkelposition des Triebwerks 2 und der abgestimmten Verbindung der einzelnen Triebwerkszylinderbohrungen 4 mit jeweils einem der beiden extremen Öldruckniveaus des Öl-Hauptkreislauf, d. h. dem Hochdruck oder dem Niederdruck erfolgt über die sogenannte Steuerplatte, die selber drehfest gelagert ist und in der über der Umlaufbahn der Triebwerkszylinderbohrung 4 jeweils über den Winkelbereich abgestimmte Bohrungen vorhanden sind, so dass im Zuge der Drehung des Triebwerks 2 die momentan erforderliche Anbindung zwischen jeder jeweiligen Triebwerkszylinderbohrung 4 und den beiden extremen Öldruckniveaus des ÖlHauptkreislauf, d. h. dem Hochdruck oder dem Niederdruck vorliegt.
Die Höhe des Drehmoments, welches von einer Axialkolbenpumpe aufgenommen werden kann, um im Zusammenwirken mit ihrer Drehzahl hydraulische Leistung abgeben zu können, wird durch die pro Vollumdrehung der Triebwelle 1 von den Triebwerkskolben 3 durchlaufenen Hublänge bestimmt. Die Hublänge wird durch den Schrägwinkel der Schrägscheibe 5 (auch Schwenkwiege genannt) vorgegeben, der über eine Verstelleinrichtung bei arbeitender Hydraulikpumpe definiert und kontinuierlich geändert werden kann. Im Leerlaufbetrieb der Axialkolbenpumpe, d. h. in der bereits erwähnten Nullstellung liegt ein Schrägwinkel von 0° vor. In diesem Fall steht die axiale Symmetrielinie der Triebwelle 1 genau senkrecht zu der durch die Stützfläche der Schrägscheibe 5 aufgespannten Ebene.
Die Schrägscheibe 5 ist derart fixiert, dass Sie nicht an der Drehbewegung des Triebwerks 2 teilnimmt. Bei der Rotation des Triebwerks 2 halten die darin trommelrevolverartig angeordneten Triebwerkskolben 3 über die an ihnen befestigten Gleitschuhe 14 an Ihrer Lauffläche Kontakt entlang der Stützfläche der Schrägscheibe 5, indem die Hydraulikzylinder 3 mittels einer Rückzugsmechanik über der sich mit dem Triebwerk mitdrehenden Rückzugsplatte 6 die dafür erforderlich Anpresskraft aufbringt.
Damit die beschriebene Funktionsweise möglich ist, müssen das Triebwerk 2 und die Anschlussplatte 110 aufeinander gedrückt werden und gleichzeitig muss die Rückzugsplatte 6 über die sogenannte Rückzugskugel 7 in Richtung der Schrägscheibe 5 gedrückt werden.
Das Andrücken der Rückzugsplatte 6 in Richtung der Schrägscheibe 5 erfolgt dabei über die Rückzugskugel 7. Diese weist eine Vielzahl von Federelementen 8 auf, die an einer Stirnfläche des Triebwerks 2 anliegen und die Rückzugskugel 7 in Richtung der Schrägscheibe 5 drängen.
Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung einer für den Stand der Technik üblichen Ausführungsform. Man sieht die Triebwelle 1, die um ihre Rotationsachse Rx rotierbar ist. An ihrem Umfangsbereich weist die Triebwelle 1 eine Außenverzahnung 101 auf, die mit einer entsprechenden Innenverzahnung des Triebwerks 2 und mit einer entsprechenden Innenverzahnung der Rückzugskugel 7 in Eingriff steht. Die zur Rotationsachse parallele Axialverschieblichkeit der Rückzugskugel wird durch die mehreren Federelemente 8 ausgeübt. Verringert sich beispielsweise die Ausdehnung des Triebwerks 2 aufgrund einer Temperaturänderung, so wirkt dies unmittelbar auf die Federelemente 8 und die die Federelemente aufnehmende Rückzugskugel 7. Die mit der Rückzugskugel 7 in einer Wirkverbindung stehende Rückzugsplatte 6 wird dann entsprechend weniger von dem Triebwerk 2 weggedrängt.
Die Figuren 3 und 4 zeigen eine ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte andere Umsetzung. Die Triebwelle 1 weist eine Rotationsachse Rx auf und besitzt an ihrem Außenumfang eine Außenverzahnung 101. Mit dieser Außenverzahnung steht sie in Eingriff mit einer Innenverzahnung des Triebwerks 2 und mit einer Innenverzahnung 72 der Rückzugskugel 7. Die entlang der Axialrichtung der Triebwelle 1 verschiebbare Rückzugskugel wird mit Hilfe eines Federelements 8 und eines Haltestifts 9 von dem Triebwerk 2 weggedrängt. Die Anordnungspositionen der mehreren Haltestifte 9 ist dabei aus Fig. 4 zu entnehmen. Sie befinden sich in einer Zahnlücke der Innenverzahnung 11 des Triebwerks 2, wobei es für den nötigen Platz zum Durchführen der Haltestifte 9 erforderlich ist, Zähne aus der Außenverzahnung 101 der Triebwelle 1 herauszufräsen, sodass anstelle der herausgefrästen Zähne die Haltestifte 9 Platz finden. Die Fig. 4 ist dabei eine Ansicht einer dem Inneren eines Axialmaschinengehäuses zugewandten Seite eines Triebwerks 2.
Fig. 5 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Triebwelle 1 mit ihrer Rotationsachse Rx weist eine in Umfangsrichtung der Triebwelle 1 verlaufende Außenverzahnung 101 auf. Diese steht nur in Eingriff mit einer entsprechend ausgebildeten Innenverzahnung 11 des Triebwerks 2. An einer von dem Eingriffsabschnitt zwischen Triebwerk 2 und Triebwelle 1 in Axialrichtung der Triebwelle 1 beabstandeten Seite ist ein Federelement 8 in Form einer Spiralfeder vorgesehen, deren Wicklung um die Triebwelle herum verläuft. Diese wirkt auf eine die Triebwelle 1 in ihrer Umfangsrichtung umgebende Unterlegscheibe 13, welche die Federkraft auf einen Haltestift 9 weitergibt. Der Haltestift 9 ist dabei durch eine Bohrung 10 geführt und ragt aus dem Triebwerk 2 an einer vom Federelement entfernten Seite des Triebwerks 2. Das vom Federelement 8 entfernte Ende des Haltestifts 9 steht dabei mit der Rückzugskugel 7 in Kontakt. Gemäß dieser ersten Ausführungsform, die in Fig. 5 dargestellt ist, ist das aus dem Triebwerk 2 hinausragende Ende des Haltestifts 9 in eine Vertiefung 71 der Rückzugskugel 7 eingesteckt.
Ferner weist die Rückzugskugel 7 keine Innenverzahnung auf, sodass eine Drehung der Triebwelle 1 nicht unmittelbar an die Rückzugskugel 7 weitergegeben wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß über den Eingriffsabschnitt der Triebwelle 1 mit dem Triebwerk 2 über die Außenverzahnung 101 und die zugehörige Innenverzahnung 11 des Triebwerks. Durch die gleichlaufende Drehung des Triebwerks 2 mit der Triebwelle 1 drehen sich in entsprechender Weise auch die in das Triebwerk 2 eingebrachten Bohrungen 10, womit die darin aufgenommenen Haltestifte 9 ebenfalls synchron mit der Triebwelle 1 und dem Triebwerk 2 gedreht werden. Die Haltestifte 9 sind mit der Rückzugskugel 7 derart angeordnet, dass bei einer Rotation der Haltestifte 9 um die Rotationsachse Rx eine entsprechende Rotation der Rückzugskugel 7 erfolgt.
Vorzugsweise sind hierzu die Ausnehmungen 71 an die Form oder Kontur der Haltestifte 9 angepasst. Dadurch ist es möglich, eine Rückzugskugel 7 vorzusehen, die ohne Innengewinde eine synchrone Dreheigenschaft zu der Triebwelle 1 aufweist. Die von der Feder 8 ausgehende Kraft wird auf die Rückzugskugel 7 über mindestens einen Haltestift, vorzugsweise über mindestens zwei Haltestifte, übertragen. Dabei können die Haltestifte gleichmäßig über den Umfang verteilt, parallel zur Triebwelle 1 verlaufen und durch das Triebwerk 2 mit Hilfe von Bohrungen 10 durchgeführt werden. Es ist möglich, dass die Bohrungen 10 zum Durchführen der Haltestifte 9 auf einem zur Triebwerksachse Rx konzentrischen Kreis liegen. Zudem können die Bohrungen äquidistant zueinander angeordnet sein. Ferner ist möglich, dass die Ausnehmung 71 in der Rückzugskugel 7 ebenfalls eine Bohrung ist. Das von der Feder 8 entfernte Ende des Haltestifts 9 ist dabei in der Rückzugskugel 7 bzw. in der Ausnehmung 71 der Rückzugskugel 7 entsprechend arretiert. Das andere Ende trifft dabei auf eine Unterlegscheibe 13, auf die von der Feder 8 ein Druck ausgeübt wird.
Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Mit gleichem Bezugszeichen bezeichnete Elemente entsprechen den vorher definierten Bauteilen und werden daher nicht erneut eingeführt. Es soll lediglich erneut festgehalten werden, dass die Rückzugskugel 7 keine Innenverzahnung aufweist, die direkt mit der Triebwelle 1 in Verbindung steht. Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt einen Haltestift, dessen aus dem Triebwerk 2 herausragende Ende in eine Rückzugskugel 7 eingegossen ist. Hierzu bietet sich beispielsweise die Ausgestaltung der Rückzugskugel 7 aus Kunststoff an. Dabei kann das der Rückzugskugel 7 zugewandte Ende des Haltestifts 9 ein Abschlusselement aufweisen, das in seinem Querschnitt eine größere Dicke aufweist als die übrigen Bestandteile des Haltestifts 9. Bei einem Eingießen des Haltestifts 9 in die Rückzugskugel 7 steigert das die Verbindungsfestigkeit.
Fig. 8 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Stirnfläche der aus dem Triebwerk 2 herausragenden Haltestifte 9 ist an der zur Rückzugskugel 7 gewandten Seite mit der Rückzugskugel 7 in Kontakt. Die jeweiligen Kontaktflächen besitzen zusammen eine solche Reibung, dass eine Rotation des Triebwerks 2 um die Rotationsachse Rx der Triebwelle 1 zu einem synchronen Drehen der Rückzugskugel 7 führt. Dies gelingt durch die Reibung der Stirnfläche 91 auf der daran anliegenden Fläche der Rückzugskugel 7.
Fig. 9 zeigt eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Triebwerks 2 der vorliegenden Erfindung. Man erkennt die von der Ausnehmung 12 zum Durchführen der Triebwelle 1 radial beabstandeten Bohrungen 10, die auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Mittelpunkt die Rotationsachse Rx der Triebwelle bzw. des Triebwerks 2 ist. Die Bohrungen 10 sind radial von der Ausnehmung 12 zum Durchführen der Triebwelle 1 beabstandet, sodass mit durch die Bohrungen 10 geführte Haltestifte 9 ein hohes Drehmoment übertragen werden kann. Dabei können die Bohrungen 10 äquidistant zueinander angeordnet sein.
Auch unter der Annahme, dass die in Fig. 4 (Stand der Technik) gezeigten Haltestifte 9 theoretisch ein Drehmoment auf die Rückzugskugel 7 übertragen könnten, weist die vorliegende Erfindung Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf. Die von der Ausnehmung 12 zum Durchführen der Triebwelle 1 in Radialrichtung beabstandeten Bohrungen 10 für die Haltestifte 9 führen insgesamt dazu, dass bei Übertragen eines bestimmten Drehmoments von der Triebwelle 1 die Haltestifte 9 leichter bzw. weniger stabil ausgeführt sein können.
Zudem sind die Haltestifte 9 der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in passgenauen Bohrungen 10 eingebracht, die ein spielfreie oder nahezu spielfreie Drehmomentübertragung zulassen. Dies ist von Vorteil, da die Trägheitsmomente in Bezug auf die Stiftbefestigung bzw. Stiftlagerung nicht unwesentlich sind. Drehzahlen solcher Triebwerke liegen typischerweise deutlich oberhalb von 1000 1/min bis 1500 1/min. Das Material der Triebwerke ist zudem relativ schwer. Durch das Ab- bzw. Zuschalten von Verbrauchern ergeben sich schnelle Lastsprünge, die zu entsprechenden schnellen Drehzahländerungen führen. Von daher würde eine nicht passgenaue Aufnahme für den mindestens einen Haltestift bei plötzlichen Laständerungen zu sehr hohen Spitzendrehmomenten auf die Haltestifte führen, womit deren Dauerfestigkeit vermindert wird. Es ist davon auszugehen, dass durch das Ausfräsen von Zähnen, bzw. das Anordnen eines Haltestifts in zwei einander gegenüberstehenden Zahnlücken ein gewissen Spiel in Zusammenwirkung mit einem darin eingeführten Haltestift 9 unvermeidbar ist. Würde man im Stand der Technik diesen Nachteil eliminieren wollen, wäre hierzu eine äußerst anspruchsvolle Haltestiftgeometrie vonnöten, um einen für beiden gegenüberliegenden Zahnlücken passgenauen Haltestift vorzusehen.

Claims

Axialkolbenmaschine, insbesondere Axialkolbenpumpe, umfassend:
eine Triebwelle (1),

ein Triebwerk (2), das drehfest mit einer Triebwelle (1) verbunden ist und diese in Umfangsrichtung umgibt,

einen Triebwerkskolben (3), der in einer Zylinderbohrung (4) des Triebwerks (2) hin- und herbewegbar aufgenommen ist,

eine Schrägscheibe (5) zum Eindrücken des Triebwerkskolbens (3) in die Zylinderbohrung (4) beim Drehen des Triebwerks (2) um die Rotationsachse (Rx) der Triebwelle (1),

eine Rückzugsplatte (6) zum Ausziehen des Triebwerkskolbens (3) aus der Zylinderbohrung (4) beim Drehen des Triebwerks (2) um die Rotationsachse (Rx) der Triebwelle (1),

eine Rückzugskugel (7) zum Drängen der Rückzugsplatte (6) in Richtung der Schrägscheibe (5),

ein Federelement (8) zum Aufbringen einer Federkraft, und

mindestens einen Haltestift (9), der die Federkraft an die Rückzugskugel (7) weitergibt, wobei

der mindestens eine Haltestift (9) zum Weitergeben der Federkraft an die Rückzugskugel (7) durch eine jeweilige durch das Triebwerk (2) verlaufende Bohrung (10) verläuft.
Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, wobei die jeweilige Bohrung (10) auf die Außenkontur des mindestens einen Haltestifts (9) abgestimmt ist, vorzugsweise eine zur Außenkontur des mindestens einen Haltestifts (9) entsprechende Form aufweist.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Bohrung (10) radial von der Ausnehmung (12) zum Durchführen der Triebwelle (1) beabstandet ist.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweilige Bohrung (10) des mindestens einen Haltestifts (9) parallel oder im Wesentlichen parallel zur Axialrichtung der Triebwelle (1) verläuft.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mehrere Haltestifte (9) mit einer jeweiligen Bohrung (10), wobei die Bohrungen (10) entlang eines Kreises, dessen Mittelpunkt in der Rotationsachse (Rx) der Triebwelle (1) liegt, angeordnet sind, wobei vorzugsweise die mehreren Bohrungen (10) voneinander äquidistant beabstandet sind.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückzugskugel (7) die Triebwelle (1) in ihrer Umfangsrichtung in einem vom Triebwerk (2) benachbarten Abschnitt umgibt.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Haltestift (9) mit der Rückzugskugel (7) in Kontakt steht, um mit dieser zusammenzuwirken, um eine drehfeste Verbindung zwischen dem mindestens einen Haltestift (9) und der Rückzugskugel (7) beim Rotieren des mindestens einen Haltestifts (9) um die Rotationsachse (Rx) der Triebwelle (1) zu erzeugen.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stirnfläche (91) des mindestens einen Haltestifts (9) auf einer der Triebwelle (1) zugewandten Seite der Rückzugskugel (7) angreift, so dass eine Reibung zwischen der Stirnfläche (91) des mindestens einen Haltestifts (9) und der Rückzugskugel (7) entsteht.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Haltestift (9) in eine jeweilige Vertiefung (71) in der Rückzugskugel (7) eingreift.
Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Haltestift (9) zu einem Teil in einer Vertiefung (71) der Rückzugskugel (7) eingepresst oder eingeschrumpft oder mit einem aus dem Triebwerk (2) ragenden Abschnitt mit der Rückzugskugel (7) vergossen ist.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Drehmomentverbindung zwischen Rückzugskugel (7) und Triebwelle (1) nur über den mindestens einen Haltestift (9) und dessen zugehöriger Bohrung (10) durch das Triebwerk (2) erfolgt.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei keine Innenverzahnung (72) an der Rückzugskugel (7), die in eine Außenverzahnung der Triebwelle (1) eingreift, vorgesehen ist.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückzugskugel (7) aus Kunststoff gefertigt ist.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Federelement (8) eine Spiralfeder ist, vorzugsweise eine solche, deren Wicklung um die Triebwelle (1) herum verläuft, und die mit einer die Triebwelle (1) in Umfangsrichtung umgebenden Unterlegscheibe (13) zusammenwirkt, an deren von der Spiralfeder abgewandten Seite der mindestens eine Haltestift (9) angreift.
Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Gleitschuh (14), der mit dem aus der Zylinderbohrung (4) herausragenden Ende des Triebwerkskolbens (3) verbunden ist und zwischen einer Schrägscheibe (5) und Rückzugsplatte (6) geklemmt ist, wobei vorzugsweise die Schrägscheibe (5) und die Rückzugsplatte (6) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.