HYDRAULIC AXIAL-PISTON MACHINE

Abstract: 1. A hydraulic axial piston machine of the swash plate type with a shaft for the cylinder barrel passed to the outside on one side, having a distributor and a radial bearing between the stator fixed to the housing and the cylinder barrel, characterized in that the stator is constructed as a central tube (41) on which is supported the radial bearing (43), the distributor (3) and a control base (22) used as a mounting support for the swash plate (10), in that between the housing (2) and the central tube (41) a damping ring (57) is provided, and in that the pump components not located in the housing (2) are covered by a non-load-bearing spring cap (40) connected to the housing.

Description: Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Bydraulische Axialkolbenmaschinen, d.h. Pumpen oder Motoren, sind in der unterschiedlichsten Bauart bekannt. Derartige hydraulische Axialkolbenmaschinen haben aufgrund der hohen Leistungsdichte, der Möglichkeit der stufenlosen Getriebeübersetzung in Anpassung an verschiedene Betriebsdaten, eines natürlichen Uberlastungsschutzes und der relativ grossen Beweglichkeit zwischen Antrieb (Pumpe) und Abtrieb (Motor; Zylinder) einen festen Platz in der Antriebstechnik. Sie besitzen aber den Nachteil, dass sie starke Betriebsgeräusche erzeugen. Besonders die Forderung nach grösseren Leistungen und Leistungsdichten (höheren Drücken; Drehzahlen und Strömungsgeschwindigkeiten bei reduzierter Baumasse) steht einer wirksamen Geräuschminderung an der Entstehungsstelle entgegen, so dass häufig teuere und aufwendige Sekundärmassnahmen (Kapselung und isolierte Aufstellung) erforderlich sind, um die Geräuschbelästigung erträglich zu halten. Die hydraulischen Axialkolbenmaschinen weisen eine Vielzahl unterschiedlicher Bauteile auf, die einschliesslich der dazugehörenden Ubertragungsleitungen ein kompliziertes Schwingungssystem mit vielen Erregerstellen bilden, die sich gegenseitig beeinflussen und über komplexe Ubertragungsmechanismen die schwingungsfähigen Bauteile einer solchen Maschine und dass sind fast alle Bauteile - in vielfältiger Weise zu Schwingungen anregen. Bekannte hydraulische Axialkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff weisen ein Gehäuse aus Grauguss oder einer Leichtmetallegierung auf, auf dass die Schwingungen un mittelbar übertragen werden, so dass hier auch eine direkte Abstrahlung der Geräusche erfolgt. Der Kraftfluss der Erregerkräfte, d.h. der während des Betriebes erzeugten Kräfte führt durch das Gehäuse und bedingt so die direkte Geräuschabstrahlung nach aussen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Axialkolbenmaschine nach dem Obergriff des Anspruches 1 zu schaffen, die geräuscharm läuft und dabei gleichzeitig eine höhere Leistung und Leistungsdichte ermöglicht, ohne dass die Baumasse durch zusätzliche Bauteile vergrössert wird. Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Erfindungsgemäss wird ein Stützrahmen geschaffen, der im wesentlichen aus dem Zentralrohr, dem Verteiler und dem Steuerboden besteht. Verteiler und Steuerboden sind formschlüssig oder kraftschlüssig mit dem Zentralrohr verbunden. Das Zentralrohr dient auch der Lagerung für das Radiallager der Zylindertrommel. Das Zentralrohr, das kein von aussen sichtbares Bauteil ist - es liegt in der Gehäusekappe -, kann aus einem für seine technische Aufgabe vorteilhaften Werkstoff hergestellt und so konstruiert sein, wie es zur Aufnahme der Kräfte und zur Abstützung erforderlich ist. Der gesamte Kraftfluss, der von den Erregerkräften - erzeugt zwischen Kolben und Zylindertrommel - ausgeht, verbleibt im Verteilter, im Zentralrohr, im Steuerboden und in der Schrägscheibe. Dieses sind neben Kolben und Zylindertrommel die Bauteile, durch die der Kraftfluss stattfindet. Der Kraftfluss findet nicht durch das Gehäuse statt, so dass eine direkte Geräuschabstrahlung nach aussen verhindert wird. Die Geräuschdämpfung wird noch durch den Dämpfungsring unterstützt. Zusätzlich ist es mdglich, in die Leitungen zwischen Verteiler und Gehäuse-Hülsen aus Kunststoff einzusetzen, um für eine weitere Geräuschdämpfung zu sorgen. Es besteht kein direkter metallischer Kontakt zwischen der Mechanik der Axialkolbenmaschine und dem Gehäuse. Es findet keine direkte Abstrahlung von Geräuschen an die Umgebung statt. In vorteilhafter Weise kann die Axialkolbenmaschine so ausgebildet sein, wie in Anspruch 3 angegeben. Durch den Einsatz des Lagerringes können die Vorteile der Gleitlager-Technik ausgenutzt werden, ohne dass hierdurch Nachteile hinsichtlich Lebensdauer und dergleichen in Kauf genommen werden müssen. Die schwimmende und frei umlaufende Lagerung sorgt für eine entsprechend hohe Lebensdauer. Die Vorteile der geringeren Geräuscherzeugung im Verhältnis zu Wälzlagern können im Zusammenhang mit den anderen Massnahmen zur Geräuschverminderung und-dämpfung genutzt werden. Wenn die Axialkolbenmaschine so aufgebaut ist, wie in Anspruch 3 angegeben, dann ist die Lagerung zwischen Schrägscheibe und Steuerboden so konstruiert, dass eine Dämpfungsplatte (Anspruch4 ) eingesetzt werden kann, so dass auch in diesem Bereich eine Übertragung von Geräusch nach aussen unterdrückt wird. Die grundsätzliche Massnahme nach Anspruch 1, die bei Axialkolbenmaschinen der unterschiedlichsten Bauart eingesetzt werden kann, wird durch die vorteilhaften Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 2 bis 6 je nach Bauart und technischer Anforderung unterstützt. In dem Gehäuse 2 ist ein Verteiler 3 befestigt, der auch die Steuerplatte 6 trägt. Durch den Verteiler 3 und die Steuerplatte 6 ist die Antriebswelle 5 hindurchgeführt. Die Antriebswelle treibt eine Zylindertrommel 7 mit Kolben 8. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle 5 und der Zylindertrommel 7 erfolgt über eine Verzahnungshülse 38 aus Kunststoff oder ähnlichem dämpfenden Werkstoff mit einem Innen- und Aussenzahnprofil zur Über- trages des Drehmomentes. Für eine entsprechende Vorspannung sorgt eine Schraubenfeder 39. An dem Gehäuse 2 ist mit Hilfe eines Spannbandes 35 und unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes 37 eine Gehäusekappe 4 befestigt, welche die übrigen Bauteile der Axialkolbenpumpe umgibt. Dieses sind insbesondere die Schrägscheibe 10, an der sich die Gleitschuhe 11 abstützen. Die Gleitschuhe 11 sind durch eine Andrückplatte 9 gegen die Schrägscheibe 10 vorgespannt. Die einseitig aus dem Gehäuse 2 herausgeführte Antriebswelle 5 ist in einem Gleitlager 52 mit entsprechenden Lagerschalen und Lagerringen gelagert. Ein Dichtungsring 53, der mitrotiert, sorgt für eine entsprechende Abdichtung. Er wird durch mehrere Federn 56 vorgespannt. Ein Stift 55 stellt sicher, dass sich der Dichtungsring 53 mitdreht. Ein Deckel 54 bilden den Verschluss des Gehäuses 2. Der eigentliche Statorder Axialkolbenpumpe wird durch ein Zentralrohr 141 gebildet, das über zwei Dämpfungsringe 57 aus Kunststoff in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Dieses Zentralrohr 41 bildet praktisch einen Stützrahmen zur Aufnahme sämtlicher hydraulischer Kräfte,und ind zwar sowohl in axialer als auch in radialer Richtung. Das Zentralrohr dient der Abstützung der den Rotor bildenden Zylindertrommel 7, und eines Zapfenringes 42 zur Führung der Schrägscheibe 10 sowie zur Befestigung des Steuerbodens 22, welcher die axialen Kräfte der Schwenkkbrper-LagerunEr aufn.trnut. Die Abstützung der Zylindertrommel erfolgt über einen frei umlaufenden Lagerring 43, der eine Anzahl radialer Schmierbohrungen 48 aufweist. Die Zylinder rommel 7 wird von einer Hülse 45 aufgenommen, die sich axial und radial gegen den Lagerring 43 abstützt. Die Hülse bildet mit der Aussenfläche der Zylindertrommel 7 eine Passung, die eine relative axiale Bewegung ermöglicht. Eine relative Drehbewegung wird durch einen Stift 46 verhindert. Für den ruhigen Lauf des Lagerringes 43 sorgen Wellen, federn 47, die eine axiale Vorspannung erzeugen. Die Vorspannung bildet gAeichzeitig die stativs ehe Anpressung der Zylindertrommel 7 an die Steuerplatte 6. Der frei mlauiende Lagerring 43 bildet mit der Hülse 45 einen inneren Schmierspalt Si und mit dem Zentralrohr 41 einen äusseren Schmierspalt Sa, so dass zwei Spalte funktionstechnich betrachtet - in Reihe geschaltet sind. Die mittlere resultierende Seitenkraft aller auf der Druckseite der Pumpe belasteten Kolben verläuft in Richtung des Pfeiles Z (Fig. 6) und belastet den Lagerring 43 mittig. Der Aufbau von zwei hochbelastbaren hydrodynamischen bl- druckfilmen in den Spalten Si und Sa wird unterstützt durch zwangsweise vor der Druck ozone über eine Mengendrossel zugeführtes Drucköl von der Hochdruckseite der Pumpe. Die Zuführung geschieht über eine Versorgungs leitung 51. Durch die radialen Schmierbohrungen 48 in dem Lagerring 43 wird der Schmierspalt Si versorgt. Zum Aufbau eines tragfähigen hydrodynamischen Schmierfilms an den Seitenflächen des Lagerringes 43 sind entsprechend ausgebildete, drehrichtungsabhängig geformte SchmierkanAle 50 un dem Wulst 44 der Hülse 45 aus bildet. Hierdurch wird der Lagerring 43 während des Betriebes mit Planschöl aus dem Pumpengehäuse umflutet. Die Abstützung des Lagerringes 143 auf der anderen Seite erfolgt gegen einen mit Durchbrüchen verseheren StUtz- ring 49. Bedingt durch die beschriebene Umflutung des Lageringes 43 bildet sich auch im Spalt zu dem Stützring 49 im Betrieb ein hochbelasteter hydrodynamischer Schmierfilm aus. Das Zentralrohr 41, der Zapfenring 42, der Stützring 49 und die Steuerplatte 6 sind als Statorteile zu betrachten. Die Zylindertrommel 7 mit der Hülse 45 drehen sich mit Pumpendrehzahl. Infolge der viskosen Flüssikgeitsreibung in den Schmierspalten Si und Sa wirkt im Betrieb auf den Lagerring 43 ein Schleppmoment, so dass sich dieser bei normalen Betriebsbedinungen (ca. 1000 C) etwa mit der halben Pumpenantriebsdrehzahl dreht. Da es sich bei der veranschaulichten Axialkolbenpumpe um eine solche mit veränderlichem Hubvolumen handelt, ist die Schrägscheibe 10 schwenkbar gelagert, so dass sich bei Schwenkung um eine entsprechende Querachse ein veränderlicher Kolbenhub ergibt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Schrägscheibe 10 auf einem Schwenkkörper 12 verschraubt. Seitliche Führungsarme 13 des Schwenkkörpers 12 umfassen seitlich jeweils einen auf den beiden Zapfen 14 des Zapfenringes 42 drehbar gelagerten Gleitstein 15. Die Drehachse ist identisch mit der Quer oder Zapfenachse M-M. Die Rückseite des Schwenkkörpers 12 besitzt in den Bereichen L einen Radius R, so dass sich bei der Drehung des Schwenkkörpers 12 um die Zapfenachse M-M eine Linearbewegung der Laufplatte 16 ergibt. Infolge der grossen axialen Kolbenkräfte in der Druckzorle entsteht zwischen dem Schwenkkörper 12 und der Laufplatte 16 ein Reibschluss, ähnlich wie eine belastete Walze auf einer ebenen Unterlage abrollt, nur mit dem Unterschied, dass hier clie Walze sprich Schwenkkörper 12 - in der Achse M-M fixiert ist, und die Unterlagen - sprich Laufplatte 16 - sich quer zur Achse M-M bewegt. Der Schwenkkörper 12 und die Laufplatte 16 sind über Führungsnuten und -rollen 17 gekoppelt. Unter Zugrundelegung der Darstellung der Fi. 4 verläuft die Bewegung der Laufplatte 16 in der Vertikalen. Die Laufplatte 16 stützt sich wiederum auf ;wei Linear.rollenlager 18 ab, die auf Fixplatten 19 abrollen. Zur Lagesicherung der Linearrollenlager 18 dient ein Käfig 20, der wie ein Rahmen die Linerarrollenlager umfasst und spielfrei in der jeweiligen Stellung sichert. Bei Einleitung einer Schwenkbewegung durchläuft die Laufplatte 16 die doppelte Wegstrecke wie der häufig 20 bzw. die Linearrollenlager 18. Die Fixplatten 19 liegen auf Dämpfungsplatten 21 aus Kunststoff auf, die wiederum in entsprechenden Kammern in dem Steuerboden 22 angeordnet sind. Der Steuerboden 22 ist mit dem Zapfenring 42 verschraubt. Durch entsprechende Berechnung der Steifigkeit der Laufplatte 16, der Fixplatten 19 und der Dämpfungsplatten 21, kann die elastische Durchbiegung dieser gestimten Lager stelle so beeinflusst werden, dass sich die über eine Linienberührung (Hertz'sche Pressung) zwischen Schwenkkörper 12 und Laufplatte 16 eingeleitete Lagerkraft gleichmässig auf alle Wälzkörper der Linearrollenlager verteilt. Durch die Dämpfungsplatten 21 aus Kunststoff wrder die BetriebsgerSust:he und die Schwingungen der Pumpenmechanik vom Steuerboden 22 isoliert. Dit' vom jeweiligen Schwenkwinkel des Schalenkkörpers 12 abhängige Stellung der Laufplatte 16 und des Käfigs 20 mit den beiden Linearrollenlagern 18 wirc geometrisch eindeutig bestimmt durch zwei jeweils augen am Käfig 20 angeschraubte, drehbare Laschen 23. Die Laschen eind in den Kopplungspunkten auf Büchsen aus Kunst- stoff gelagert. Im Steuerboden 22 ist der Pumpenregler 2L mit dem Vera stellkolben 25 untergebracht. Der Verstellkolben 25 ist als Different alkolben ausgebildet. Am Stangenende des Verstellkolbens ist ein Joch 26 angeschraubt, das in Form einer Gabel einen Bolzen 27 umfasst. Der Bolzen ist in einer Brücke 28 drehbar gelagert. Die Brücke 28 ist mit dem Schwenkkörper 12 verschraubt. Die druckabhängig vom Pumpenregler 24 geregelte Position des Verstellkolbens 25 wird somit formschlüssig auf den Schwenkkörper 12 betragen, d.h. einer bestimmten Stellung des Verstellkolbens.entspricht ein bestimmter Winkel der Schrägscheibe 10 und damit einem bestimmten Hubvolumen der Pumpe. Die Abstützung des Schwenkkörpers 12 über die beschriebene Lagerung mittels Linearrollenlager auf den Steuerboden 22, in dem auch die komplette Pumpe regler mit Verstellkolben untergebracht ist, ergibt infolge der Verschraubung mit dem Zapfenring 42 und dem Zentralrohr 41 eine äusserst kompakte, steife und damit schwingungsarme Konstruktion, die auch insbesondere hinsichtlich der Geräuschemissionerhebliche Verteile bildet. Wie beim Betrachten der Fig. 3 deutlich wird, sind in der Steuerplatte 6 Steuerschlitze 32 und 33 ausgebildet, die für eine Verbindung mit der Saugleitung 30 bzw der Druckleitung 31 sorgen. Hülse 34 aus Kunststoff stellen eine schalltechnische Abkoppelung des Verteilers 3 vom Gehause 2 dar und tragen deshalb zur Geräuschdämpfung bei. Von der Druckseite wird eine Leitung 36 mit Drucköl versorgt, die wiederum den Pumpenregler 24 als auch den Kanal 51 mit Drucköl versorgt. Bezugszeichen 1 Flansch 2 Gehäuse 3 Verteiler 4 Gehäusckappe 5 Antriebswelle 6 Steuerplatte 7 Zylindertrommel 8 Kolben 9 Andrückplatte 10 Schrägscheibe 11 Gleitschuh 12 Schwenkkörper 13 Führursarm 14 Zapfen 15 Gleitstein 16 Laufplatte 17 Führungsrollen 18 Rollenlager (linear) 19 Fixplatte 2 St 20 Käfig 21 Dämpfungsplatte 2 St 22 Steuerboden 23 Laschen 24 Pumpenregler 25 Verstellkolben 26 Joch 27 Bolzen 28 Brücke 29 gekrümmte Fläche 30 Saugleitung 31 Druckleitung 32) Steuerschlitze 33 314 Hülse aus Kunststoff 35 Spannband 36 Olbohrung 37 Dichtungsring 38 VerzahhungshUlse 39 Schraubenfeder 40 Gehäusekappe 41 Zentralrohr 42 Zapfenring, zweiteilig 43 Lagerring 1414 Wulst an 45 45 Hülse 46 Stift 47 Wellenfeder 48 Schmierbohrun 49 Stützring 50 Schmierkanal 51 Versorgungsleitung f. 50 52 Gleitlager 53 Dichtungsring 54 Deckel 55 Stift 56 Federn 57 Dämpfungsring;

Claims: Hydraulische Axialkolbenmaschine. P a t e n t a n s p r ü c t e 1. Hydraulische Axialkolbenmaschine der Schrägscheibenbauart mit einer einseitig nach aussen geführten, im Gehäuse gelagerten Welle für die Zylindertrommel, mit einem Verteiler und mit einem Radiallager zwischen dem am Gehäuse befestigten Stator und der Zylindertrommel, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator als Zentralrohr (41) ausgebildet ist, an dem sich das Radiallager (43), der Verteiler (3) und ein der Lagerung der Schrägscheibe (10) dienender Steuerboden (22) abstützt, dass zwischen dem Gehäuse (2) und dem Zentralrohr (41) ein Dämpfungsring (57) angeordnet ist und dass die nicht im Gehäuse (2) liegenden Pumpenbauteile (Zentralrohr 41, Steuerboden 22 und Schrägscheibe 10) durch eine nicht-tragende, mit dem Gehäuse verbundene Gehäusekappe abgedeckt sind. 2. Axialkolbenmascinemach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusekappe (40) aus einem geräuschdämpfenden Material hergestellt ist. 3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägscheibe (107 in an sich bekannter Weise über einen Schwenkkörper (12) in Zapfen (14) eines Zapfenringes schwenkbar gelagert ist und dass der Schwenkkörper (12) mit der Schrägscheibe tlO) senkrecht zur Zapfenachse M-M verschiebbar ist und über eine gekrümmte Fläche (2930 deren Krümmungsradius R mit seinem Mittelpunkt auf der Zapfenachse M-M liegt, sowie auf einer Laufplatte (16) abrollt, die wiederum durch ein Linearrollenlager (18, 19) an einem mit dem Zapfenring (42) verbundenen Steuerboden (22) abgesützt ist. 4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Linearrollenlager (18, 19) und dem Steuerboden (22) eine Dämpfungsplatte (21) aus Kunststoff oder dergleichen angeordnet ist. 5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorstehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager zwischen dem Zentralrohr (41) und der Zylindertrommel (7) einen schwimmend und frei umlaufend angeordneten Lagerring (43) aufweist. 6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerring (43) mit radialen Schmierbohrungen (48) versehen ist, die mit Drucköl (bei 51) versorgt werden.

Inventors: NOLDEN, WILHELM
Applicants: ABEX CORPORATION
Application year: 1983
Main classification: F04B1
IPC codes: F04B1, F03C1