Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine sowie eine Steuerplatte für eine Axialkolbenmaschine.

Bei Axialkolbenmaschinen führen Kolben, die in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel längsverschieblich angeordnet sind, bei jeder Umdrehung der Zylindertrommel eine Hubbewegung aus. Die Bewegung besteht aus einem Saughub sowie einem Druckhub. Um eine drehsynchrone Verbindung zwischen der Zylindertrommel und der entsprechenden Arbeitsleitung der Axialkolbenmaschine zu erreichen, wird an der Stirnseite der Zylindertrommel eine Steuerplatte eingesetzt, welche mit nierenförmigen Steueröffnungen die Verbindung der Zylindertrommel mit einem Hochdruckanschluss bzw. einem Niederdruckanschluss ermöglicht.

Eine solche Steuerplatte ist z. B. in der DE 43 40 061 A1 beschrieben. Die Steuerplatte weist einen äußeren Durchmesser auf, welcher mit dem Innendurchmesser des Gehäusebauteils korrespondiert. In Richtung der von der Zylindertrommel abgewandten Seite stützt sich die Steuerplatte an einem Gehäusedeckel ab. In dem Gehäusedeckel sind ein Hochdruckanschluss sowie ein Niederdruckanschluss ausgebildet, welche in entsprechende Steueröffnungen der Steuerplatte ausmünden. Neben den Steueröffnungen weist die Steuerplatte eine zentrale Ausnehmung auf, die von einer Welle, die drehfest mit der Zylindertrommel verbunden ist, durchdrungen ist. Der Gegenstand des Anspruchs 1 ist in zweiteiliger Form gegenüber dieser Druckschrift abgegrenzt.

Nachteilig dabei ist, dass die Steuerplatte an ihrem äußeren Rand in dem Gehäuse zentriert wird und durch die vollflächige Auflage der Steuerplatte auf dem Gehäusedeckel mit einer hohen Oberflächengüte bearbeitet werden muss, um die Verluste der Axialkolbenmaschine gering zuhalten. Durch die großen, in einem spanenden Verfahren zu bearbeitenden Flächen ist der Materialeinsatz, welcher bei dem Rohteil der Steuerplatte erforderlich ist, erheblich. Zudem ist durch die Zentrierung der Steuerplatte an ihrem äußeren Umfang ein großer Außendurchmesser der Steuerplatte erforderlich, was letztlich zu einem hohen Bauteilgewicht führt.

Weiterhin ist nachteilig, dass die zwischen der Stirnseite der Zylindertrommel und der Steuerplatte unvermeidbaren Druckmittelverluste, welche sich im Inneren der Zylindertrommel in einem zwischen der Zylindertrommel und der Welle ausgebildeten Spalt sammeln, keinen Druckausgleich in Richtung des übrigen Leckagevolumens ausführen können und sich damit während des Betriebs der Axialkolbenmaschine ein erhöhter Druck in diesem inneren Leckagevolumen aufbaut.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine sowie eine Steuerplatte für eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, bei der der Anteil der spanenden Verarbeitung reduziert ist und welche ein geringeres Bauteilgewicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Steuerplatte nach Anspruch 1 sowie die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8 gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt die Zentrierung der Steuerplatte an deren innerem Rand. An dem inneren Rand ist hierfür eine Zentrierfläche ausgebildet, welche aus mehreren Teilflächen besteht. Diese Teilflächen zentrieren die Steuerplatte auf einem entsprechenden Zentrierkörper, welcher auf Seiten des Gehäuses ausgebildet bzw. fixiert ist. Durch die Zentrierung der Steuerplatte an deren innerem Rand kann der Außendurchmesser der Steuerplatte reduziert werden. Neben der unmittelbaren Reduzierung des Materialeinsatzes bei dem Rohteil zur Herstellung der Steuerplatte werden zudem auch Kosten dadurch reduziert, dass der Anteil an zu bearbeitenden Flächen der Steuerplatte gering ist.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerplatte bzw. der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.

Insbesondere ist es vorteilhaft, die Zentrierfläche aus drei Teilflächen zu bilden, welche durch radiale Erweiterung von Segmenten des inneren Rands gebildet werden. Die radiale Erweiterung des inneren Rands im Bereich einzelner, voneinander getrennter Segmente ist dabei insbesondere so groß, dass zwischen dem Zentrierkörper und der Steuerplatte ein Spalt ausgebildet wird, welcher geeignet ist, das im Inneren der Zylindertrommel angesammelte Leckagefluid passieren zu lassen.

Weiterhin kann vorteilhaft im Bereich der Trennflächen der Steuerplatte auf der von der Zylindertrommel abgewandten Seite der Steuerplatte oder in dem Gehäusedeckel eine Nut vorgesehen sein, welche in radialer Richtung verläuft, und somit das innere Leckagevolumen mit einem durch den übrigen Gehäuseinnenraum gebildeten äußeren Leckagevolumen verbindet. Mittels einer solchen Verbindung wird während des Betriebs der Axialkolbenmaschine ein permanenter Druckausgleich zwischen dem inneren Leckagevolumen und dem äußeren Leckagevolumen der Axialkolbenmaschine gewährleistet.

Die erfindungsgemäße Steuerplatte sowie die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine sind in der Zeichnung dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;

Fig. 2

eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Steuerplatte der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;

Fig. 3

eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Steuerplatte; und

Fig. 4

einen Schnitt einer erfindungsgemäßen Steuerplatte.

Bevor auf die Einzelheiten der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine bzw. der erfindungsgemäßen Steuerplatte eingegangen wird, sollen zunächst die wesentlichen Bauteile einer Axialkolbenmaschine, sowie deren Funktion zum besseren Verständnis der Erfindung erläutert werden. Fig. 1 zeigt eine Axialkolbenmaschine, welche eine in einem Gehäuse 2 drehbar gelagerte Welle 3 aufweist, auf der eine Zylindertrommel 4 angeordnet ist, wobei die Zylindertrommel 4 und die Welle 3 miteinander drehfest verbunden sind. Die Welle 3 durchdringt die Zylindertrommel 4 und ist auf beiden Seiten der Zylindertrommel 4 in jeweils einem Wälzlager 5 und 6 gelagert. Das Wälzlager 6 weist einen äußeren Lagerring 7 auf, der in eine entsprechende Ausnehmung eines Gehäusedeckels 8 eingesetzt ist.

In der Zylindertrommel 4 sind über den Umfang verteilt mehrere Zylinderbohrungen 9 ausgebildet, wobei die Mittelachsen der Zylinderbohrungen 9 parallel zu der Mittelachse der Welle 3 verlaufen. In den Zylinderbohrungen 9 sind axialverschieblich Kolben 10 eingesetzt, welche an der von dem Gehäusedeckel 8 abgewandten Seite einen kugelförmigen Kopf 11 aufweisen, der mit einer korrespondierenden Ausnehmung eines Gleitschuhs 12 zu einer Gelenkverbindung zusammenwirkt. Mittels des Gleitschuhs 12 stützt sich der Kolben 10 an einer Schrägscheibe 13 ab. Bei einer Drehung der Zylindertrommel 4 führen die Kolben 10 daher in den Zylinderbohrungen 9 eine Hubbewegung aus. Die Höhe des Hubs wird dabei durch die Stellung der Schrägscheibe 13 vorgegeben, wobei die Stellung der Schrägscheibe 13 im Ausführungsbeispiel durch eine Stellvorichtung 14 einstellbar ist.

Die Zylindertrommel 4 weist eine zentrale Öffnung 15 auf, in der eine Druckfeder 16 angeordnet ist, welche zwischen einem ersten Federlager 17 und einem zweiten Federlager 18 gespannt ist. Das erste Federlager 17 ist dabei seitens der Welle 3 in axialer Richtung fixiert, das zweite Federlager 18 dagegen wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch einen in eine Nut der Zylindertrommel 4 eingesetzten Seegerring gebildet. Durch die Kraft der Druckfeder 16 wird daher die Zylindertrommel 4 in axialer Richtung soweit verschoben, dass sie mit ihrer Stirnfläche 19 an einer Steuerplatte 20 dichtend anliegt.

Die im dargestellten Schnitt der Fig. 1 der Axialkolbenmaschine 1 nicht erkennbaren Steueröffnungen der Steuerplatte 20 stehen auf ihrer von der Zylindertrommel 4 abgewandten Seite in permanentem Kontakt mit zumindest einem Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluss. Ein Hochdruck- bzw. Niederdruckanschluss ist beispielhaft in Fig. 2 dargestellt und mit den Bezugszeichen 26 und 26' versehen. Die Zylinderbohrungen 9 sind über Öffnungen 21 zu der Stirnfläche 19 der Zylindertrommel 4 hin offen. Die Öffnungen 21 überstreichen bei einer Rotation der Zylindertrommel 4 eine dichtende Umgebung 27 der Steuerplatte 20 und werden dabei während eines Umlaufs alternierend mit den Steueröffnungen des Hochdruck- bzw. Niederdruckanschlusses verbunden. Die Stirnfläche 19 und die dichtend daran anliegende dichtende Umgebung 27 können auch mit einer korrespondierenden sphärischen Form ausgebildet sein.

Die Festlegung der Position der Steuerplatte 20 erfolgt durch eine Zentrierfläche 29, die aus mehreren Teilflächen besteht, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 noch ausführlich erläutert wird. Die Durchgangsöffnung 38 der Steuerplatte 20 weist eine radiale Ausdehnung auf, welche mit der äußeren radialen Ausdehnung eines Zentrierkörpers korrespondiert, wobei der Zentrierkörper mit einem Gehäusebauteil verbunden ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel korrespondiert der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung und damit die Zentrierfläche 29 mit dem Außendurchmesser des äußeren Lagerrings 7 des Wälzlagers 6 als Zentrierkörper, so dass die Steuerplatte 20 auf dem äußeren Lagerring 7 zentriert wird. In axialer Richtung stützt sich die Steuerplatte 20 an dem Gehäusedeckel 8 ab. Zur Vermeidung von Leckage weist die Steuerplatte 20 eine weitere dichtende Umgebung 28 auf, welche auf der von der Zylindertrommel 4 abgewandten Seite der Steuerplatte 20 ausgebildet ist und die mit der Oberfläche des Gehäusedeckels 8 dichtend zusammenwirkt.

Trotz der Bearbeitung der Stirnfläche 19 der Zylindertrommel 4 sowie der dichtenden Umgebung 27 der Steuerplatte 20 mit Verfahren, die eine hohe Oberflächengüte ermöglichen, tritt eine Leckage zwischen der Zylindertrommel 4 und der Steuerplatte 20 auf, die auch zum Ausbilden eines Schmierfilms erforderlich ist. Die zentrale Öffnung 15 der Zylindertrommel 4 begrenzt ein inneres Leckagevolumen 44, das einen Teil des Lecköls aufnimmt. Um einen Druckaufbau in dem an sich abgeschlossenen inneren Leckagevolumen 44 zu verhindern, ist zwischen der Steuerplatte 20 und dem äußeren Lagerring 7 ein Spalt 22 ausgebildet, der mittels einer Nut 25 mit dem übrigen Gehäusevolumen 24 verbunden ist. Über den Spalt 22 sowie die Nut 25 steht daher das innere Leckagevolumen in Kontakt zu dem äußeren Leckagevolumen 45 des übrigen Gehäusevolumens, so dass ein Druckausgleich möglich ist. Das im Inneren des Gehäusevolumens gesammelte Leckagefluid wird auf nicht dargestellte Weise dem Druckmittelkreislauf wieder zugeführt.

In Fig. 2 ist der Bereich der Steuerplatte 20 noch einmal vergrößert dargestellt, wobei die Schnittebene bezüglich der Darstellung aus Fig. 1 um 90° gedreht ist. Identische Bauteile sind mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Schnitt verläuft nunmehr so durch die Steuerplatte 20, dass eine erste Steueröffnung 32 und eine zweite Steueröffnung 33 zu erkennen sind. Zur richtigen Positionierung der Steuerplatte 20 in radialer Richtung dient die Zentrierfläche 29, mit welcher sich die Steuerplatte 20 an mehreren Stellen des äußeren Umfangs des äußeren Lagerrings 7 abstützt. Zur Sicherung gegen Verdrehung dient im dargestellten Ausführungsbeispiel ein weiterer Paßstift 34, der in eine Bohrung des Gehäusedeckels 8 eingesetzt ist und in eine korrespondierende Nut in der Steuerplatte 20 eingreift.

Auf der Hochdruckseite ist an dem äußeren Rand 46 der Steuerplatte 20 eine radiale Erweiterung 35 ausgebildet, um den höheren mechanischen Belastungen auf der Hochdruckseite gerecht zu werden. Der nach außen radial erweiterte Bereich 35 sowie der innere Rand 47 der Steuerplatte 20 an dem die Zentrierfläche 29 ausgebildet ist, ist im Vergleich zu der dichtenden Umgebung 27 bzw. der entgegengesetzt orientierten weiteren dichtenden Umgebung 28 hinsichtlich seiner Dicke reduziert. Da der innere Rand 47 der Steuerplatte 20 sowie die radiale Erweiterung 35 an ihren Oberflächen, die in Richtung der Zylindertrommel 4 bzw. in Richtung des Gehäusedeckels 8 orientiert sind lediglich geringe Anforderungen an die Oberflächengüte stellen, kann in, diesem Bereich eine Nachbearbeitung des Rohteils weitgehend entfallen. Im Bereich der dichtenden Umgebung 27 sowie der entgegengesetzt orientierten weiteren dichtenden Umgebung 28 wird dagegen das Rohteil der Steuerplatte 20 entsprechend nachbearbeitet, wobei eine hohe Oberflächenqualität und Ebenheit beispielsweise durch Läppen erreicht wird.

Ein Beispiel für eine konstruktive Ausführung einer Steuerplatte 20 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Steuerplatte 20 weist eine im wesentlichen kreisförmige Geometrie auf. In der Mitte ist in der Steuerplatte 20 eine Durchgangsöffnung 38 ausgebildet, die einen Durchmesser von d₁ aufweist. Der innere Rand 47 dieser Durchgangsöffnung 38 bildet die Zentrierfläche 29 aus. Die Durchgangsöffnung 38 ist an einzelnen Ausnehmungen 36.1, 36.2 und 36.3 in radialer Richtung nach innen erweitert. Zwischen den Ausnehmungen 36.1 bis 36.3 bleibt jeweils ein Segment 43.1, 43.2 und 43.3 mit einem Innendurchmesser d₁ stehen. Dadurch entstehen als Zentrierfläche 29 drei Teilflächen 29.1, 29.2 und 29.3 an den Segmenten 43.1, 43.2 und 43.3. Die dritte Teilfläche 29.3 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel durch das Einbringen einer Ausnehmung 37 noch einmal unterteilt, so dass die dritte Teilfläche 29.3 aus den beiden mit 29.3' und 29.3" bezeichneten Teilflächen besteht. Entsprechend besteht das dritte Segment 43.3 aus den beiden Teilsegmenten 43.3' und 43.3". Die Ausnehmung 37 ist zur Aufnahme des Paßstifts 34 vorgesehen, so dass die Steueröffnungen 32 bzw. 33.1 bis 33.5 eine definierte Position aufweisen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 36.1, 36.2 und 36.3 gleichmäßig über den Umfang der Durchgangsöffnung 38 verteilt angeordnet. Ihre radiale Erweiterung erstreckt sich bis zu einem Durchmesser d₂, welcher groß genug ist, um zu dem äußeren Lagerring 7 den Spalt 22 auszubilden, der von einem Leckagefluid passierbar ist.

Die Steuerplatte 20 weist weiterhin die nierenförmige Niederdruck-Steueröffnung 32 auf, über welche die Öffnungen 21 der Zylindertrommel 4 mit dem Niederdruckanschluss verbunden werden. Zur Verbindung der Öffnungen 21 mit einem Hochdruckanschluss sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere ebenfalls nierenförmige Hochddruck-Steueröffnungen vorgesehen, die mit den Bezugszeichen 33.1 bis 33.5 bezeichnet sind. Die jeweils benachbarten Hochdruck-Steueröffnungen 33.1 bis 33.5 sind durch einen Trennsteg 39.1 bis 39.4 voneinander getrennt. Zwischen den Steueröffnungen 32 und 33.1 bis 33.5 sind Trennflächen 41 und 42 ausgebildet, die bei eingebauter Steuerscheibe 20 im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts die Öffnungen 21 verschließen, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist.

Während die Ausdehnung der Steuerplatte 20 in radialer Richtung im Bereich der Niederdruck-Steueröffnung 32 lediglich geringfügig größer ist, als die radiale Ausdehnung der Steueröffnung 32 selbst, ist im Bereich der Hochdruck-Steueröffnungen 33.1 bis 33.5 zusätzlich eine radiale Erweiterung 35 ausgebildet. Die radiale Erweiterung 35 weist einen äußeren Rand 40 auf, der kreisbogenförmig verläuft und der konzentrisch zu der kreisscheibenförmigen Geometrie der Steuerplatte 20 ausgebildet ist.

Die Steuerplatte 20 wird aus einem Rohteil gefertigt, das vorzugsweise in einem Warmschmiedeprozess hergestellt wird. Das Rohteil ist dabei in dem Bereich der radialen Erweiterung 35 sowie im Bereich zwischen den Durchmessern d₁ und d₂ von geringerer Dicke als in dem dichtenden Bereich 27 bzw. 28. Das Herausarbeiten der radialen Vergrößerung der Ausnehmungen 36.1, 36.2 und 36.3 erfolgt bereits im Warmschmiedeprozess oder durch spanende Bearbeitung, ebenso wie das Einbringen der Ausnehmung 37 für den weiteren Paßstift 34. Die Steueröffnungen 32 bzw. 33.1 bis 33.5 werden dagegen vorzugsweise gestanzt, wobei das Stanzen im warmen oder im kalten Zustand erfolgen kann. Abschließend werden die dichtenden Umgebungen 27 und 28 beispielsweise durch Läppen bearbeitet.

In Fig. 4 ist ein Schnitt durch die Steuerplatte 20 entlang der Linie IV - IV in Fig. 3 gezeigt. In der Schnittdarstellung ist noch einmal zu erkennen, dass im Bereich der dichtenden Umgebung 27 sowie der weiteren dichtenden Umgebung 28 der Steueröffnungen 32 und 33 eine größere Dicke t₂ der Steuerplatte 20 im Vergleich zu der Dicke t₁ im Bereich der radialen Erweiterung 35 und der Zentrierfläche 29 bzw. der Segmente 43.1 bis 43.3 vorgesehen ist, wobei die Dickenänderung vorzugsweise auf beiden Seiten der Steuerplatte 20 erfolgt. Durch die Reduzierung der Dicke in Teilbereichen der Steuerplatte 20 sowie durch die Verringerung des Außendurchmessers der Steuerplatte 20 im Vergleich zu herkömmlichen Steuerplatten ist eine erhebliche Reduzierung des Gesamtgewichts möglich. Außerdem wird durch das Reduzieren der Dicke t₁ der Steuerplatte 20 in denjenigen Bereichen, welche keine dichtende Funktion haben, der Anteil an spanender Bearbeitung von etwa 50 % auf etwa 20 % reduziert. Neben der Kostensenkung durch den verringerten Materialeinsatz ergibt sich als weiterer Vorteil eine Verkürzung der Bearbeitungszeit.