HYDRAULIC AXIAL-PISTON MACHINE

Abstract: 1. Hydraulic axial piston machine with a shaft passed to the outside on one side for the cylinder barrel and with a swash plate pivotably mounted by means of a tilting yoke in the trunnions of a trunnion ring at the end remote from the shaft passage, characterized in that the tilting yoke (12) with the swash plate (10) is displaceable at right angles to the trunnion axis (M-M) and rolls by means of a curved surface (29), whose radius of curvature (R) is located with its centre point on the trunnion axis (M-M), on a rotary disk (16), which is in turn supported by a linear roller bearing (18, 19) on a control base (22) connected to the trunnion ring (42).

Description: Die Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegrirf des Anspruches 1. Es sind die unterschiedlichSten hydraulischen Axialkolbenmaschinen der vorstehend genannten Art bekannt. Bei einer bekannten Axialkolbenmaschine nehmen die Zapfen die gesamten hydraulischen Kräfte, d.h. die Axial- und die Radial-Kräfte, auf. Der Steuerkolben zur Durchführung der Schwenkbewegung der Schrägscheibe ist in dem Stator angeordnet, der die Zylindertrommel umgibt. (DT-AS 19 15 735). Es sind anders aufgebaute Axialkolbenpumpen der Schrägscheibenbauart bekannt, bei denen die Schrägscheibe ähnlich einer Wippe in den Innenringen von Wälzlagern gelagert sind. Es sind auch Konstruktionen bekannt, bei denen die Drehzapfen bzw. die Lagerflächen als hydrostatische Lager mit kreisrunden Bahnen ausgebildet sind. Wälzlagerungen für derartige Aufgaben sind teuer, stellen hohe Anforderungen an die Geometrie der benachbarten Teile und können infolge der Lagerluft Verhältnisse und dadurch verursachten Punktlast für den Aussenring nicht entsprechend der theoretischen statischen Tragzahl ausgenutzt werden. Die Schwingungen und Kräfte des Pumpen-Mechanismus führen vorzeitig zur Materialermüdung in der Wälzkontakt-Zone oder die Lager müssen entsprechend der geforderten Lebensdauer überdimensioniert werden. Diese Massnahmen wirken sich zusätzlich ungünstig auf die Kosten und das Bauvolumen aus. Hydrostatische Lager sind verlustbehaftet, ergeben stark unterschiedliche Reibungsverhältnisse und verlangen entsprechend hohe Verstellkräfte, was sich wiederum in einem vergrösserten Bauvolumen der Verstell- und Regeleinrichtungen niederschlägt. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Axialkolbenmaschine, d .h. eine Pumpe oder einen Motor zu schaffen, die kompakt aufgebaut und entsprechend steif ist, so dass eine schwingungsarme Konstruktion entsteht, und insbesondere geräuscharm ist. Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch das Kennzeichen des Anspruches 1 gelöst. Sämtliche während des Betriebes auftretenden Axialkräfte werden durch die gekrümmte Fläche auf das Linearrollenlager übertragen, bei dem es sich um ein einfaches, in Grossserie hergestelltes Maschinenelement handelt. Die Ausgestaltung und Dimensionierung wird hierbei so vorgenommen, dass die auf die Laufplatte übertragene Kraft gleichmässig auf alle Wälzkörper verteilt wird. Die erfindungsgemässe Lagerung verhindert Biegeschwingungen und damit die durch diese entstehenden Geräuse. Praktisch erfolgt die Lagerung dort, wo die resultierende Kraft der Axialkolben auftritt. Weitere Vorteile und Einzelheiten sind Gegenstand der Ansprüche 1 bis 7. Wenn die Axialkolbenmaschine in vorteilhafter Weise so ausgebildet ist, wie in den Ansprüchen 3 und 4 angegeben, dann ist die Stützweite zwischen den beiden Linearrollenlagern gering. Wenn man folgende theoretischen Uberlegungen anstellt, werden wesentliche Vorteile deutlich. Die Abstützung der resultierenden Axialkraft auf der Druckseite der Maschine stellt - hier als mechanisches Modell betrachtet - einen Träger auf zwei Stützen mit Streckenlast dar. Da Biegeschwingungen vorrangig vor allen anderen Schwingungsformen für Ge räuschemissionen verantwortlich sind, werden die Linearrollenlager möglichst nahe zur Wirkungslinie der resultierenden Axialkraft angeordnet. Diese Wirkungs- linie oszilliert geringfügig (bei einer praktischen Ausführungsform um einen Mittelwert von 0,63 des Teilkreisradius der Kolbenbahn). Somit wird mit geringsten elastischen Einfederungen der Lagerstellen die resultierende Axialkraft auf die entsprechende Abstützung, d.h. auf die Dämpfungsplatten übertragen. Diese koppeln aufgrund ihres guten Dämpfungsverhaltens die Erregerschwingungen des Schwenkkörpers wirkungsvoll vom Steuerboden ab. Die Anordnung des Verstellkolbens in dem Steuerboden, der mit dem Zapfenring verbunden ist (Anspruch 6), sorgt für eine kompakte Ausbildung. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Längs schnitt durch eine Ausfüh rungsform einer Axialkolbenmaschine nach der Erfindung, nämlich durch eine Axial kolbenpumpe; Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Axialkolben pumpe der Fig. 1, jedoch um 900 gedreht; Fig. 3 einen Querschnitt gemäss der Linie A-A der Fig. 1; Fig. 4 einen Schnitt gemäss der Linie B-B der Fig. 2; Fig. 5 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles X der Fig. 2; Fig. 6 eine Einzelheit aus dem Schnitt der Fig. 1; Fig. 7 eine Seitenansicht der Darstellung der Fig. 6; und Fig. 8 eine Ansicht, die derjenigen der Fig.6 ent spricht, jedoch die wesentlichen Bauteile im nichtgeschnittenen Zustand zeigt. Die in der Zeichnung dargestellte Axialkolbenpumpe besitzt einen Flansch 1, der für die Verbindung mit den entsprechenden Zu- und Ableitungen für das Hydrauliköl sorgt. Der Flansch 1 ist durch Schrauben mit einem Gehäuse 2 verbunden. 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 Verzahnungs- hülse 38 aus Kunststoff oder ähnlichem dämpfenden Werk- stoff mit einem Innen- und Aussenzahnprofil zur Ubertrages 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 Ge häusekappe 4 betestigt, welche die übrigen Bauteile der Axialkolbenpumpe umgibt. Dieses sind insbesondere die Schrägscheibe 10, an der sich die Gleitschuhe 11 ab- stützen. Die Gleitschuhe 11 sind durch eine AndrUck- platte 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 41 gebildet, das über zwei Dä.mpfungs- ringe 57 aus Kunststoff in dem Gehäuse 2 -gelagert ist. Dieses Zentralrohr 41 bildet praktisch einen Stützrahmen zur Aufnahme sämtlicher hydraulischer Kräfte,und und 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 Schwenkkörper-Lagerung aufnimmt. Die Abstützung der Zylindertronimel erfolgt über einen frei umlaufenden Lagerring 43, der eine Anzahl radialer Schmierbohruricn 8 48 weist. Die Zylindertromrnel 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 gleichzeitig die statische Anpressung der Zylindertrommel 7 an die Steuerplatte 6. Der frei umlaufende 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 Ol- druckfilmen in den Spalten Si und Sa wird unterstützt durch zwangsweise vor der Druckzone über eine Mengendrossel zugeführtes Drucköl von der Hochdruckseite der Pumpe. Die Zuführung geschieht über eine ersorgungs- 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 Schmierkanäle 50 an dem Wulst 44 der Hülse 45 ausgebildet. Hierdurch wird der Lagerring 43 während des Betriebes mit Planschöl ull:;; dem PumpengehSuse urnflutet. Die Abstützung des Lagerringes 43 auf der anderen Seite erfolgt gegen einen mit Durchbrüchen versehenen Stützring 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 ctinei 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 Druckzone 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 die 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 Fig. 4 verläuft die Bewegung der Laufplatte 16 in der Vertikalen. Die Laufplatte 16 stützt sich wiederum auf zwei 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 Käfig 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 gesamten 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 Ku!1Ltulf werdetl dit Betriebsgeräusche und die Schwingungen der Pumpenmechanik vom Steuerboden 22 isoliert. Die vom jeweiligen Schwenkwinkel des Schwenkkörpers 12 abhängige Stellung der Laufplatte 16 und des Käfigs 20 mit den beiden Linearrollenlagern 18 wird geometrisch eindeutig bestimmt durch zwei jeweils aussen am Käfig 20 angeschraubte, drehbare Laschen 23. Die Laschen sind in den Kopplungspunkten auf Büchsen aus Kunststoff gelagert. Im Steuerboden 22 ist der Pumpenregler 24 mit dem Ver- stellkolben 25 untergebracht. Der Verstellkolben 25 ist als Differentialkolben 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 übertragen, d.h. einer bestimmten Stellung des Verstellkolbens entspricht ein bestimmter Winkel der Schrägscheibe 10 und damit einem bestimrnten Hubvolumen der Pumpe. Die Abstützung des Schwenkkörpers 12 über die beschriebene Lagerung mittels Linearrollenlager auf dem Steuerboden 22, in dem auch die komplette Pumpen regler mit Verstellkolben untergebracht ist > ergibt infolge der Verschraubung mit dem Zapfenring 42 und dem Zentralrohr 41 eine äusserst kompaktes steife und damit schwingungsarme Konstruktion, die auch insbesondere hinsichtlich der Geräuschemissionerhebliche Vorteile 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. Hülsen 34 aus Kunststoff stellen eine schalltechnische Abkoppelung des Verteilers 3 vom Gehäuse 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. Bezugs zeichen 1 Flansch 2 Gehäuse 3 Verteiler 4 Gehäusekappe 5 Antriebswelle 6 Steuerplatte 7 Zylindertrommel 8 Kolben 9 Andrückplatte 10 Schrägscheibe 11 Gleitschuh 12 Schwenkkörper 13 Führungsarm 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 34 Hülse aus Kunststoff 35 Spannband 36 blbohrung 37 Dichtungsring 38 Verzahnunshise 39 Schraubenfeder 40 Gehäusekappe 41 Zentralrohr 42 Zapfenring, zweiteilig 43 Lagerring 44 Wulst an 45 45 Hülse 46 Stift 47 Wellenfeder 48 Schmierbohrung 49 Stütztring 50 Schmierkanal 51 Versorgungsleitung f. 50 52 Gleitlager 53 Dichtungsring 54 Deckel 55 Stift 56 Federn 57 Dämpfungsring

Claims: EMI12.1 Patentansprüche 1. Hydraulische Axialkolbenmaschine mit einer einseitig nach aussen geführten Welle für die Zylindertrommel und mit einer Schrägscheibe, die über einen Schwenkkörper in Zapfen eines Zapfenringes schwenkbar an dem der Wellendurchführung abgelegenen Ende gelagert ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper 12) mit der Schrägscheibe (10) senkrecht zur Zapfenachse (M-M) verschiebbar ist und über eine gekrümmte Fläche (29), deren Krümmungsradius (R) mit seinen Mittelpunkt auf der sowie Zapfenachse (M-M) liegt / auf einer LauSplatte (1Ó) abrollt, die wiederum durch ein Linearrollenlager (18,19) an einem mit dem Zapfenring (42) verbundenen Steuerboden (22) abgestützt ist. 2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkkörper (12) seitlich Führungsarme (13) aufweist, die die verschiebbare Lagerung je eines Gleitsteines (15) bilden, der wiederum drehbar auf dem zugeordneten Zapfen (14) gelagert ist. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Linearrollenlager (18, 19) und dem Steuerboden (22) eine Dämpfungsplatte (21) aus Kunststoff oder dergleichen angeordnet ist. 4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei symmetrisch zueinander angeordnete Linearrollenlager (18, 19) und diesen zugeordnete Dämpfungsplatten (21) vorgesehen sind. 5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aussen an dem Käfig (20) jedes Linearrollenlagers (18, 19) eine Lasche (23) befestigt ist, die über Führungsnuten und -rollen (17) mit dem Schwenkkörper (12) verbunden ist. 6. Axialkolbenmaschine nach einem oder mehreren der vorstehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Steuerboden (22) der Verstellkolben (25) zur Durchführung der Schwenkbewegung der Schrägscheibe (10) angeordnet ist. 7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellkolben (25) über ein Joch (26),einen Bolzen (27) und eine Brücke (28) mit dem Schwenkkörper (12) verbunden ist.

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