Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Axialkolbenmaschine ist z.B. aus der DE 34 28 591 A1 bekannt. Bei dieser Axialkolbenmaschine sind in einem rotierenden Zylinderblock in bekannter Weise mehrere Zylinderbohrungen ausgebildet, in welchen Kolben beweglich geführt sind. Die Kolben stützen sich über Gleitschuhe an einer nicht rotierenden Schrägscheibe ab. Die Neigung der Schrägscheibe, die das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine bestimmt, ist mittels eines hydraulischen Stellkolbens verstellbar, indem die Schrägscheibe um eine Schwenkachse in einem gewissen Winkelbereich schwenkbar ist. Beim Zurückschwenken der Schrägscheibe von der Hubstellung in Richtung auf die Null-Hubstellung wird der an dem hydraulischen Stellkolben angreifende Stelldruck erhöht und die Schrägscheibe schwenkt zurück, bis sie beim Anschlag an einer Anschlagfläche die Null-Hubstellung erreicht. Die Bewegung der Schrägscheibe ist dabei jedoch relativ unkontrolliert, so daß die Schrägscheibe bei Erreichen der Null-Hubstellung an der Anschlagfläche hart anschlägt. Dies ist unerwünscht, da dies den Verschleiß des Anschlags und der Schrägscheibe erhöht und zudem zu einer mechanischen Stoßbelastung der gesamten Axialkolbenmaschine führt.
Aus der DE 44 40 452 A1 geht eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise hervor, bei welcher für die Variation der Neigung der Schrägscheibe zwei getrennte Hydraulikzylinder vorgesehen sind. Dabei dient einer der Hydraulikzylinder dem Ausschwenken der Schrägscheibe und der zweite Hydraulikzylinder dem Zurückschwenken der Schrägscheibe. Die Schrägscheibe wird zwar bei dieser Lösung während des gesamten Bewegungsablaufs kontrolliert geführt, jedoch erfordert der zweite Hydraulikzylinder einen vergleichsweise großen konstruktiven Aufwand, der sich in relativ hohen Fertigungskosten niederschlägt. Ferner ist eine getrennte hydraulische Ansteuerung der beiden Hydraulikzylinder notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in Schräg- oder Taumelscheibenbauweise so weiterzubilden, daß der Bewegungsablauf beim Verschwenken der Schräg- oder Taumelscheibe nicht schlagartig, sondern kontinuierlich erfolgt.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Vorsehen eines an der Schräg- oder Taumelscheibe angreifenden Dämpfungselements das Zurückschwenken der Schräg- oder Taumelscheibe kontrolliert werden kann. Der Dämpfungskolben ist in einem Dämpfungszylinder beweglich angeordnet, welcher über ein Drosselelement und ein parallel zu dem Drosselelement angeordnetes Rückschlagventil mit einem Druckfluid-Reservoir verbunden ist. Dabei sorgt das Rückschlagventil für einen ungedrosselten Zufluß des Druckfluids von dem Druckfluid-Reservoir in den Dämpfungszylinder und verhindert einen ungedrosselten Abfluß des Druckfluids aus dem Dämpfungszylinder unter Umgehung des Drosselelements.
Die Ansprüche 2 bis 12 beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Entsprechend Anspruch 2 oder 3 kann die Rückstellfeder den Dämpfungskolben so beaufschlagen, daß dieser Druckfluid aus dem Druckfluid-Reservoir über das Rückschlagventil und ggfs. das Drosselelement nachsaugt, sobald der Dämpfungskolben in Richtung einer Vergrößerung des Volumens des Dämpfungszylinders frei beweglich ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß der Dämpfungszylinder instantan mit Druckfluid nachgefüllt wird und somit der Schwenkbewegung der Schräg- oder Taumelscheibe unmittelbar folgt. Das Druckmittel-Reservoir kann nach Anspruch 4 ein Leckfluid-Auffangraum in der Umgebung des Dämpfungselements sein, wobei der Leckfluid-Auffangraum in der Regel durch den Gehäuse-Innenraum der Axialkolbenmaschine gebildet wird.
Die Schräg- oder Taumelscheibe kann entsprechend Anspruch 5 eine erste Schwenkstellung mit einem größeren Neigungswinkel und eine zweite Schwenkstellung mit einem kleineren Neigungswinkel aufweisen und zwischen diesen beiden Schwenkstellungen hin- und herschwenkbar sein. Die Axialkolbenmaschine kann ferner entsprechend Anspruch 6 in Schrägscheibenbauweise ausgebildet sein, wobei das Dämpfungselement entsprechend Anspruch 7 in der Schrägscheibe oder entsprechend Anspruch 9 in einem der Schrägscheibe gegenüberliegenden, stationären Gegenstück angeordnet sein kann. Dabei hält die Rückstellfeder den Dämpfungskolben an der Schrägscheibe entsprechend Anspruch 10 bzw. an dem stationären Gegenstück entsprechend Anspruch 8 auf Aufschlag.
Die Schrägscheibe kann ferner entsprechend Anspruch 11 auf der den Kolben abgewandten Seite eine erste und eine zweite Anschlagfläche aufweisen, die jeweils einen Anschlag für die erste und die zweite Schwenkstellung der Schrägscheibe bilden.
Entsprechend Anspruch 12 ist es besonders vorteilhaft, den Angriffspunkt, an welchem der Dämpfungskolben an der Schrägscheibe angreift, so gegenüber der Zylinderblock-Achse zu versetzen, daß die resultierende Kraft, die sich aus der von dem Dämpfungskolben auf die Schrägscheibe ausgeübten Kraft, der von der Schwenkeinrichtung während des Schwenkvorgangs auf die Schrägscheibe ausgeübten Kraft und der von den Kolben auf die Schrägscheibe ausgeübten Kraft zusammensetzt, in einem Kräfteschwerpunkt angreift, der sich auf der Zylinderblock-Achse befindet. Auf diese Weise werden unsymmetrische Lagerkräfte vermieden und eine Aushebelung des Lagers verhindert.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen axialen Längsschnitt durch eine nur teilweise dargestellte, erfindungsgemäß weitergebildete Axialkolbenmaschine 1. Die in Fig. 1 und Fig. 2 beispielhaft dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist in Schrägscheibenbauweise ausgebildet und umfaßt einen Zylinderblock 2, in welchem mehrere, auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt angeordnete Zylinderbohrungen 3, 4 vorgesehen sind. In den Zylinderbohrungen 3, 4 sind Kolben 5, 6 bewegbar angeordnet. Die Zylinderbohrungen 3, 4 sind über Verbindungskanäle 7, 8 mit den nierenförmigen Steueröffnungen 9, 10 einer stationären Steuerscheibe 11 verbunden. Der Zylinderblock 2 rotiert um die Zylinderblockachse 12, so daß die Zylinderbohrungen 3, 4 zyklisch mit einer an der Steueröffnung 9 angeschlossenen, nicht dargestellten Niederdruckleitung und einer an der Steueröffnung 10 angeschlossenen, nicht dargestellten Hochdruckleitung verbunden werden. Die Kolben 5, 6 sind an den der Steuerscheibe 11 abgewandten Enden zu Kugelköpfen 13, 14 ausgeformt, die in sphärischen Lagern 15, 16 von den Kolben 5, 6 zugeordneten Gleitschuhen 17, 18 gelagert sind. Die Kolben 5, 6 sind als Hohlkolben ausgebildet und weisen jeweils eine Kolbenausnehmung 19, 20 auf. Die Kolbenausnehmungen 19, 20 sind über Verbindungskanäle 21, 22 der Kolben 5, 6 und weiter über Verbindungskanäle 23, 24 der Gleitschuhe 17, 18 zur hydrostatischen Entlastung mit an den Gleitschuhen 17, 18 vorgesehenen Drucktaschen verbunden.
Die Kolben 5, 6 stützen sich über die Gleitschuhe 17, 18 an einer Gleitfläche 26 der Schrägscheibe 25 ab. Die Schrägscheibe 25 ist um eine Schwenkachse 27 schwenkbar gelagert und weist auf der den Kolben 5, 6 abgewandten Seite eine erste Anschlagfläche 28 und eine zweite Anschlagfläche 29 auf. Wenn die Schrägscheibe, wie in Fig. 1 dargestellt, an ihrer ersten Anschlagfläche 28 an einem stationären Gegenstück 30 anliegt, ist die Schrägscheibe bzw. deren Gleitfläche 26 mit einem ersten, relativ großen Neigungswinkel gegenüber der Zylinderblock-Achse 12 geneigt. Wenn die Schrägscheibe, wie in Fig. 2 dargestellt, hingegen an ihrer zweiten Anschlag fläche 29 an dem stationären Gegenstück 30 anliegt, ist die Schrägscheibe bzw. deren Gleitfläche 26 gegenüber der Zylinderblock-Achse 12 mit einem zweiten, gegenüber dem ersten Neigungswinkel kleineren Neigungswinkel gegenüber der Zylinderblock-Achse 12 geneigt. Die Neigung der Schrägscheibe 25 ist daher im Ausführungsbeispiel zwischen zwei diskreten Schwenkstellungen mittels einer lediglich schematisch angedeuteten Schwenkeinrichtung 31 hin- und herschwenkbar. Die Schwenkeinrichtung 31 kann z.B. einen hydraulisch beaufschlagbaren Stellkolben umfassen, der an der Schrägscheibe 25 kraftschlüssig angreift.
Erfindungsgemäß greift an der Schrägscheibe 25 ferner der Dämpfungskolben 40 eines allgemein mit 41 bezeichneten Dämpfungselements an. Im in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement 41 in der Schrägscheibe 25 integriert. Der Dämpfungskolben 40 ist in einem im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 in der Schrägscheibe 25 vorgesehenen Dämpfungszylinder 42 beweglich angeordnet. Der Dämpfungszylinder 42 ist als Sackbohrung ausgebildet, die an der zweiten Anschlagfläche 29 der Schrägscheibe 25 ausmündet. Der Dämpfungskolben 40 wird mittels einer ebenfalls in dem Dämpfungszylinder 42 angeordneten Rückstellfeder 43 an dem stationären Gegenstück 30 zur Anlage gebracht. Bei dem stationären Gegenstück 30 kann es sich z.B. um eine Gehäusestirnplatte handeln. Der Dämpfungszylinder 42 ist über ein Rückschlagventil 44 und einen Zulaufkanal 45 mit dem die Schrägscheibe 25 und den Zylinderblock 2 umgebenden Gehäuse-Innenraum 46 verbunden, der als Leckfluid-Auffangraum dient und entsprechend mit Leckfluid gefüllt ist. Der Dämpfungszylinder 42 ist über ein Drosselelement 47 zusätzlich mit dem Gehäuse-Innenraum 46 der Axialkolbenmaschine 1 verbunden. Das Drosselelement 47 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bohrung mit relativ geringem Querschnitt ausgebildet. Der Zulaufkanal 45 und das Rückschlagventil 44 sind somit parallel zu dem Drosselelement 47 angeordnet.
Das erfindungsgemäße Dämpfungselement 41 arbeitet dabei wie folgt:
Wenn die Schrägscheibe 25 aufgrund einer Entlastung der Schwenkeinrichtung 31 von der in Fig. 2 dargestellten zweiten Schwenkstellung in Richtung auf die in Fig. 1 dargestellte erste Schwenkstellung hin verschwenkt, wird der Dämpfungskolben 40 mittels der Rückstellfeder 43 an dem stationären Gegenstück 30 in Anlage gehalten. Dabei wird Druckfluid über den Zulaufkanal 45 und das geöffnete Rückschlagventil 44 und parallel über das Drosselelement 47 aus dem mit Leckfluid gefüllten Gehäuse-Innenraum 46 angesaugt. Die Befüllung des Dämpfungszylinders 42 erfolgt dabei über den Zulaufkanal 45 und das Rückschlagventil 44 so zügig, daß der Dämpfungskolben 40 an dem stationären Gegenstück 30 in fortwährender Anlage gehalten wird.
Wenn umgekehrt die Schwenkscheibe 25 aufgrund einer Beaufschlagung mit der Schwenkeinrichtung 31 von der in Fig. 1 dargestellten ersten Schwenkstellung in die in Fig. 2 dargestellte zweite Schwenkstellung verschwenkt wird, schließt das Rückschlagventil 44 den Zulaufkanal 45 ab und das sich in dem Dämpfungszylinder 42 befindliche Druckfluid kann ausschließlich über das Drosselelement 47 aus dem Dämpfungszylinder 42 ausströmen. Dabei wird die gewünschte Dämpfung erzielt und es wird verhindert, daß die Schwenkbewegung der Schrägscheibe 25 schlagartig erfolgt und die Anschlagfläche 29 an dem stationären Gegenstück 30 hart anschlägt. Letzteres würde zu einem relativ schnellen Verschleiß der Schwenkscheibe 25 und des stationären Gegenstücks 30 führen. Außerdem würde die gesamte Axialkolbenmaschine 1 bei dieser Schwenkbewegung einer Stoßbelastung ausgesetzt, was unerwünscht ist.
Aufgrund des erfindungsgemäß vorgesehenen Dämpfungselements 41 wird der Schwenkvorgang daher geringfügig verzögert und eine kontinuierliche, nicht abrupte Schwenkbewegung der Schrägscheibe25 erzielt. Weiterhin gewährleistet das erfindungsgemäße Dämpfungselement 41 in der in Fig. 1 dargestellten zweiten Schwenkstellung und während des Verschwenkens von der in Fig. 1 dargestellten ersten Schwenkstellung in die in Fig. 2 dargestellte zweite Schwenkstellung eine gewisse Abstützung des in Fig. 1 oberhalb der Schwenkachse 27 gelegenen Abschnitts der Schrägscheibe 25, so daß die Belastungen, welchen die Schrägscheibe 25 ausgesetzt ist, durch die erfindungsgemäße Weiterbildung vorteilhaft verringert werden.
Fig. 3 verdeutlicht die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Dämpfungselements 41 anhand eines hydraulischen Ersatzschaltbildes. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen bezeichnet, um die Zuordnung zu erleichtern. Wie bereits beschrieben, erfolgt das Ansaugen des Druckfluids aus einem Druckfluid-Reservoir 48,welches z.B. der Gehäuse-Innenraum 46 sein kann, über den Zulaufkanal 45 und das zwischen dem Zulaufkanal 45 und dem Dämpfungszylinder 42 angeordnete Rückschlagventil 44. Parallel zu dem Rückschlagventil 44 und dem Zulaufkanal 45 ist das Drosselelement 47 angeordnet, was bei geschlossenem Rückschlagventil 44 für ein gedrosseltes Ausströmen des Druckfluids aus dem Druckfluid-Zylinder 42 in das Druckfluid-Reservoir 48 sorgt.
Die Fig. 4A bis 4C verdeutlichen die Kräfteverteilung an der erfindungsgemäß weitergebildeten Axialkolbenmaschine 1 entsprechend dem bereits anhand der Fig. 1 und 2 erläuterten Ausführungsbeispiel. Dabei zeigt Fig. 4A eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, während Fig. 4B eine Seitendarstellung mit Blickrichtung auf die den Kolben 5, 6 abgewandte Seite der Schrägscheibe 25 zeigt und Fig. 4C eine Aufsicht auf die in Fig. 4A dargestellte Anordnung darstellt.
Wie aus den Fig. 4A bis 4C zu ersehen, greift an der Schrägscheibe 25 während der Verstellung derselben die von der Schwenkeinrichtung 31 ausgeübte Kraftkomponente FV, die auf die Lagerung der Schwenkachse 27 ausgeübte Lagerkaft FL/R, die durch die im Ausführungsbeispiel zweifach vorhandenen Dämpfungskolben 40a und 40b jeweils einwirkende Kraft FDR und die von den Kolben 5, 6 in Gegenrichtung ausgeübte Kraft FKL an. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Angriffspunkt, an welchem der jeweils rechts bzw. links wirkende Dämpfungskolben 40b bzw. 40a an der Schrägscheibe 25 angreift, so gegenüber der Zylinderblock-Achse versetzt ist, daß die resultierende Kraft, die sich aus der von dem entsprechenden Dämpfungskolben 40b bzw. 40a auf die Schrägscheibe 25 ausgeübten Kraft FDR, der von der Schwenkeinrichtung 31 während des Schwenkvorgangs auf die Schrägscheibe 25 ausgeübten Kraft FV und der von den Kolben 5, 6 auf die Schrägscheibe 25 ausgeübten Kraft FKL zusammensetzt, in einem Kräfteschwerpunkt (S) angreift, der sich auf der Zylinderblock-Achse 12 befindet. Somit wird eine symmetrische Aufteilung der auf die Lagerung des Zylinderblocks 2 wirkenden Lagerkräfte bewirkt und Deviationsmomente werden verhindert. Auf diese Weise wird einer Aushebelung der Lagerung des Zylinderblocks 2 entgegengewirkt. Ein der Fig. 4B entsprechendes Kräftedreieck ließe sich auch für den linksseitigen Dämpfungskolben 40a einzeichnen, was aus Vereinfachungsgründen weggelassen ist.
Die Fig. 5 und 6 zeigen einen axialen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß weitergebildeten Axialkolbenmaschine 1. Bereits beschriebene Elemente sind mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, so daß sich eine diesbezügliche wiederholende Beschreibung erübrigt.
Das in den Fig. 5 und 6 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch, daß das erfindungsgemäße Dämpfungselement 41 nicht in der Schrägscheibe 25, sondern an dem der Schrägscheibe 25 gegenüberliegenden stationären Gegenstück 30, also z.B. in eine Gehäusestirnplatte, angeordnet ist. Das Dämpfungselement 41 weist im wesentlichen den bereits anhand von Fig. 1 beschriebenen Aufbau auf. Der Dämpfungskolben 40 ist in dem Dämpfungszylinder 42 beweglich angeordnet und wird mittels der Rückstellfeder 43 so beaufschlagt, daß der Dämpfungskolben 40 an der Schrägscheibe 25, vorzugsweise an der zweiten Anschlagfläche 29, anliegt. Das Ansaugen des Druckfluids aus dem Gehäuse-Innenraum 46 erfolgt über den Zulaufkanal 49 und das in der Ansaugphase geöffnete Rückschlagventil 44. Wenn die Schrägscheibe 25 aus der in Fig. 5 dargestellten ersten Schwenkstellung in die in Fig. 6 dargestellte zweite Schwenkstellung verschwenkt wird, wird das Druckfluid über das auch in diesem Ausführungsbeispiel als Bohrung mit geringem Durchmesser ausgebildete Drosselelement 47 und den sich daran anschließenden Ablaufkanal 48 aus dem Dämpfungszylinder 42 herausgedrückt, wodurch sich die beabsichtigte Dämpfung der Bewegung der Schrägscheibe 25 und die Abstützung der Schrägscheibe 25 während des Verschwenkens ergibt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Wie eingangs erwähnt, kann die vorliegende Erfindung auch bei Axialkolbenmaschinen in Taumelscheibenbauweise zur Anwendung kommen. Die Dämpfungsanordnung kann auch an beliebiger anderer Stelle angeordnet sein, sofern gewährleistet ist, daß der Dämpfungskolben 40 in geeigneter Weise an der Schrägscheibe 25 bzw. der Taumelscheibe angreift. Ferner können zusätzliche Dämpfungselemente im Bereich der ersten Anschlagfläche 28 vorgesehen sein, um auch für die andere Schwenkrichtung eine ausreichende Dämpfung zu gewährleisten.