[0001] Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise
mit einer um eine Rotationsachse drehbar innerhalb eines Gehäuses angeordneten Triebwelle,
mit einem um eine Rotationsachse drehbar innerhalb des Gehäuses angeordneten Triebflansch,
und mit einer um eine Rotationsachse drehbar innerhalb des Gehäuses der Axialkolbenmaschine
angeordneten Zylindertrommel, wobei die Zylindertrommel mit mehreren Kolbenausnehmungen
versehen ist, in denen jeweils ein Kolben längsverschiebbar angeordnet ist, wobei
die Kolben an dem Triebflansch gelenkig befestigt sind und zur gelenkigen Befestigung
der Kolben an dem Triebflansch jeweils eine Kugelgelenkverbindung vorgesehen ist,
die aus einer kugelkalottenförmigen Aufnahmeschale in einer Stirnseite des Triebflansches
und einem Kugelkopf gebildet ist, der mit dem Kolben in Wirkverbindung steht.
[0002] Bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise sind die in der
Zylindertrommel längsverschiebbar angeordneten Kolben in der Regel mittels eines Kugelgelenks
an dem Triebflansch einer Triebwelle befestigt. Die Kolbenkräfte stützen sich hierbei
über die Kolben auf dem an der Triebwelle befindlichen Triebflansch ab und erzeugen
ein Drehmoment. Bei Axialkolbenmaschinen in Schrägachsenbauweise ist es erforderlich,
die Kolben an dem Triebflansch gelenkig zu befestigen. Hierzu wird Kugelgelenkverbindung
eingesetzt, die aus einer kugelkalottenförmigen Aufnahmeschale in einer Stirnseite
des Triebflansches und einem Kugelkopf bestehen, der an dem Kolben angeordnet ist
und in die Aufnahmeschale des Triebflansches eingesetzt ist.
[0003] Im Betrieb sind die Kugelköpfe der Kolben in der jeweiligen Aufnahmeschale des Triebflansches
zu arretieren.
[0004] Hierzu ist es aus der
WO 2004/109107 A1 bekannt, eine Niederhalteplatte mit Durchbrüchen für die Kolbenköpfe und an den Durchbrüchen
angeformten Kugelkalotten über die Kolben einzufädeln und mit dem Triebflansch zu
verschrauben. Aufgrund der erforderlichen Niederhalteplatte, die aufgrund der Kugelkalotten
einen hohen Herstellungsaufwand aufweist, und der Verschraubungen zum Verschrauben
der Niederhalteplatte mit dem Triebflansch weisen derartige Axialkolbenmaschinen einen
hohen Bauaufwand auf.
[0005] Um den Bauaufwand für die zusätzliche Niederhalteplatte zu vermeiden, ist es bereits
aus der
EP 0 567 805 B1, der
EP 1 071 884 B1, der
DE 40 24 319 A1 und der
EP 0 697 520 B1 bekannt, die Kugelköpfe in der kugelkalottenförmigen Aufnahmeschale formschlüssig
zu sichern. Hierzu werden die kugelkalottenförmigen Aufnahmeschale mit einer Umschlingung
von größer als 180° Grad ausgeführt, so dass die Aufnahmeschalen den Kugeläquator
umschlingen, und die Kugelköpfe mit einer zylindrischen Fläche, beispielsweise durch
Abplattungen bzw. Abarbeitungen des Kugelkopfes, versehen, so dass der Kugelkopf in
einer bestimmten Stellung mittels der zylindrischen Flächen in die kugelkalottenförmigen
Aufnahmeschale eingeführt und anschließend durch Verkippen in der Aufnahmeschale gesichert
werden kann. Die Herstellung der Bauteile vereinfacht sich hierbei und es ergibt sich
eine einfache Montage der Kolben mit den Kugelköpfen in den Aufnahmeschalen des Triebflansches.
[0006] Bei der
EP 0 567 805 B1 und der
EP 1 071 884 B1 sind die zylindrischen Flächen parallel zur Längsachse der Kolben angeordnet, so
dass die Kolben bei der Montage koaxial zu der Rotationsachse des Triebflansches in
die Aufnahmeschalen eingefädelt werden und mit dem Verkippen der Kolben zu dem Arbeitswinkel
die Kolbenköpfe in den Aufnahmeschalen arretiert werden. Bei als Verstellmaschinen
ausgebildeten Schrägachsenmaschinen kann jedoch bei einer derartigen Arretierung der
Kolben in den Aufnahmeschalen das Problem auftreten, dass die Überdeckung der Kugelköpfe
in den Aufnahmeschalen mit abnehmendem Schwenkwinkel der Zylindertrommel zu gering
wird, so dass derartige Arretierungen der Kugelköpfe der Kolben in dem Triebflansch
nur bedingt für Verstellmaschinen mit veränderbarem Schwenkwinkel der Zylindertrommel
geeignet sind. Für Verstellmaschine mit einem Schwenkwinkel von 0° Grad sind diese
Arretierungen nicht geeignet, da die Kolben in Aufnahmeschalen nicht mehr sicher gehalten
werden können und aus den Aufnahmeschalen herausfallen können.
[0007] Bei der
DE 40 24 319 A1 und der
EP 0 697 520 B1 sind die zylindrischen Flächen schräg zur Längsachse der Kolben angeordnet, wobei
der Neigungswinkel der zylindrischen Flächen derart ausgeführt ist, dass dieser Winkel
im Betrieb der Axialkolbenmaschine nicht auftritt. Dadurch ist diese Arretierung für
Verstellmaschinen geeignet und ermöglicht auch bei einem Schwenkwinkel von 0° Grad
eine Arretierung der Kolben in den Aufnahmeschalen des Triebflansches. Zur Montage
der Kolben in dem Triebflansch müssen die Kolben entsprechend stark gekippt werden,
so dass es erforderlich werden kann, an jeder Aufnahmeschale eine aufwändig herzustellende
Aussparung als Freiarbeitung für die Kolbenstange des Kolbens vorzusehen. Je nach
Montagewinkel der Kolben kann sich diese für die Montage der Kolben erforderliche
Aussparung an der Aufnahmeschale des Triebflansches bis zu dem Kugeläquator erstrecken,
wodurch die kugelkalottenförmige Aufnahmeschale in der Fläche entsprechend stark verringert
wird.
[0008] Bei den aus der
EP 0 567 805 B1, der
EP 1 071 884 B1, der
DE 40 24 319 A1 und der
EP 0 697 520 B1 bekannten Axialkolbenmaschinen ergibt sich durch die Umschlingung von größer als
180° Grad der kugelkalottenförmigen Aufnahmeschalen eine entsprechende große Dicke
des Triebflansches, der zu einem entsprechenden Bauraumbedarf in axialer Richtung
der Axialkolbenmaschine führt, da die rotierende Zylindertrommel mit der die Kolbenaustrittsöffnungen
enthaltenden Stirnseite nicht an die Stirnseite des Triebflansches anschlagen darf,
in der die Aufnahmeschalen angeordnet sind.
[0009] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine in
Schrägachsenbauweise zur Verfügung zu stellen, bei der die Arretierung der Kolben
im Triebflansch eine einfache Herstellung aufweist und ermöglicht, die axialen Abmessungen
der Axialkolbenmaschine zu verringern.
[0010] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Aufnahmeschalen jeweils
als sich bis zu dem Kugeläquator erstreckende Halbkugeln ausgebildet sind und an einer
Stirnseite des Triebflansches im Bereich der Aufnahmeschalen ein Rückhaltesteg ausgebildet
ist, der sich über den Kugeläquator der Halbkugel erstreckt, um den Kugelkopf mit
einem Winkel von größer 180° Grad zu umgreifen. Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
sind die hohlkugelförmigen Aufnahmeschalen im Triebflansch lediglich als Halbkugeln
ausgebildet, die sich bis zu dem Kugeläquator erstrecken. Um die Kugelköpfe in diesen
halbkugelförmigen Aufnahmeschalen formschlüssig zu sichern, ist an der Stirnseite
des Triebflansches im Bereich der Aufnahmeschalen ein aus der Stirnseite der Triebwelle
hervorstehender Rückhaltesteg ausgebildet, der sich über den Kugeläquator der Halbkugel
erstreckt. Die Umschlingung der Kugelköpfe über den Kugeläquator hinaus erfolgt somit
nur in dem Bereich des Rückhaltesteges, so dass nur der an der Stirnseite des Triebflansches
angeordnete Rückhaltesteg die Kolben in den Aufnahmeschalen sichert und die Rückhaltung
der Kolben bildet. Durch die räumliche Begrenzung der Rückhaltung der Kugelköpfe auf
den Bereich des an der Stirnseite des Triebflansches angeordneten Rückhaltesteges
wird es ermöglicht, den restlichen Bereich der Stirnseite des Triebflansches gegenüber
dem Rückhaltesteg in der Dicke zu verringern, so dass ein Freiraum erzielt wird und
die Zylindertrommel mit der die Kolbenaustrittsöffnungen enthaltenden Stirnseite näher
an den Triebflansch herangeführt werden kann. Dies ermöglicht es, den axialen Bauraumbedarf
der Axialkolbenmaschine zu verringern. Gegenüber den bekannten Axialkolbenmaschinen
in Schrägsachsenbauwese ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
durch die räumliche Begrenzung der Rückhaltung der Kolben in den Aufnahmeschalen auf
den Rückhaltesteg zudem ein geringer Bauaufwand.
[0011] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung bildet der Rückhaltesteg
an jeder Aufnahmeschale jeweils zwei Rückhalteabschnitte, die an der Aufnahmeschale
gegenüberliegend angeordnet sind und über die Halbkugel hinausgehen. Mit zwei gegenüberliegenden
Rückhalteabschnitten wird es auf einfache Weise ermöglicht, den Kugelkopf im Äquatorbereich
zu umgreifen, um den Kugelkopf in der Aufnahmeschalte formschlüssig zu haltern.
[0012] Hinsichtlich eines geringen Bauaufwandes ergeben sich besondere Vorteile, wenn der
Rückhaltesteg von einer kreisringförmigen Erhöhung an der Stirnseite des Triebflansches
gebildet ist. Eine kreisringförmige Erhöhung an der Stirnseite weist einen geringen
Bauaufwand auf. Zudem kann die ringförmige Erhöhung bei der Herstellung der halbkugelförmigen
Aufnahmeschalen im Triebflansch auf einfache Weise unterbrochen werden, um an jeder
Aufnahmeschale zwei gegenüberliegend angeordnete Rückhalteabschnitte zu bilden.
[0013] Mit besonderem Vorteil ist der Mittelpunkt der den Rückhaltesteg bildenden kreisringförmigen
Erhöhung auf der Rotationsachse des Triebflansches angeordnet. Durch eine derartige
konzentrische Anordnung der kreisringförmigen Erhöhung zur Rotationsachse des Triebflansches
kann die Kontur der kreisringförmigen Erhöhung auf einfache und kostengünstige Weise
durch eine Drehbearbeitung hergestellt werden.
[0014] Vorteilhafterweise ist die kreisringförmige Erhöhung im Bereich eines Teilkreises
angeordnet, auf dem die Mittelpunkte der Halbkugeln angeordnet sind. Dadurch kann
eine sichere Halterung der Kugelköpfe in den Aufnahmeschalen mittels des Rückhaltesteges
erzielt werden. Zudem wird hierdurch ein entsprechender Freiraum geschaffen, der es
ermöglicht, die Zylindertrommel nahe an den Triebflansch heranzuführen, um kompakte
axiale Abmessungen der Axialkolbenmaschine zu erzielen.
[0015] Hinsichtlich einer einfachen Herstellung des Triebwerks ergeben sich besondere Vorteile,
wenn der Rückhaltesteg einstückig an der Stirnseite des Triebflansches ausgebildet
ist. Sofern der Rückhaltesteg mit einem entsprechenden Aufmaß an einem Rohteil des
Triebflansches herausgeformt, kann der Triebflansch und der Rückhaltesteg auf einfache
und kostengünstige Weise als Drehteil durch eine Drehbearbeitung hergestellt werden.
[0016] Um die Kugelköpfe in die zugeordnete Aufnahmeschalen montieren zu können, ist gemäß
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung jeder Kugelkopf mit zwei gegenüberliegend
angeordneten Nuten versehen, wobei der Abstand zwischen den Nutgründen der beiden
Nuten kleiner als die Öffnungsweite der beiden Rückhalteabschnitte an der jeweiligen
Aufnahmeschale ist. Hierdurch wird auf einfache Weise ermöglicht, die Kugelköpfe mittels
der beiden Nuten zwischen den Rückhalteabschnitten in die Aufnahmeschale einzufädeln,
so dass eine einfache Montage der Kolben in den Aufnahmeschalen erzielt wird.
[0017] Zweckmäßigerweise ist hierbei die Nutbreite der Nuten größer als die Breite des Rückhaltesteges.
Durch die beiden gegenüberliegenden Nuten, die wie der Rückhaltesteg nur eine geringe
Breite aufweisen, wird somit weiterhin erzielt, dass die Kugelhälfte des Kugelkopfes,
welche die Kolbenkraft abstützt, durch die relativ geringe Breite der beiden Nuten
nur geringfügig in der Fläche verringert wird, so dass hohe Zylinderkräfte abgestützt
werden können.
[0018] Die Nuten können senkrecht oder parallel zur Längsachse des Kolbens angeordnet werden.
Mit besonderem Vorteil sind die Nuten an dem Kugelkopf schräg geneigt zur Längsachse
des Kolbens angeordnet sind. Je nach Neigungswinkel der Nuten kann es bei der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine möglich sein, auf Freiarbeitungen an den Aufnahmeschalen für die
Kolbenstangen zur Montage der Kolben zu verzichten, da durch die gegenüber dem Rückhaltesteg
zurückversetzte Stirnseite des Triebflansches bereits ein entsprechender Freiraum
für die Kolbenstangen zur Montage der Kolben geschaffen wird. Sofern bei einem entsprechend
hohen Neigungswinkel der Nuten eine Ausnehmung als Freiarbeitung an der Stirnseite
des Triebflansches im Bereich der Aufnahmeschalen für den Kolbenschaft der Kolben
erforderlich ist, um eine Montage der Kolben im Triebflansch zu ermöglichen, ergibt
sich bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gegenüber bekannten Axialkolbenmaschinen
eine geringere Tiefe der Ausnehmung und somit eine kleinere Freiarbeitung in der Stirnseite
des Triebflansches. Bevorzugt sind die Nuten nicht senkrecht zur Längsachse der Kolben
angeordnet, wodurch sich gegenüber senkrecht angeordneten Nuten kleinere Freiarbeitungen
an den Aufnahmeschalen für die Kolbenstangen zur Montage der Kolben ergeben. Durch
kleinere Freiarbeitungen für die Kolbenstange der Kolben wird erzielt, dass die Fläche
der Kugelkalotte der Aufnahmeschale, in der die Kolbenkraft abgestützt wird, bei der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine nur geringfügig in der Fläche verringert wird.
Zudem ist durch schräg angeordnete Nuten die Arretierung der Kolben im Triebflansch
für Schrägachsenmaschinen mit einem Schwenkwinkel von 0° Grad geeignet.
[0019] Der Neigungswinkel der Nuten ist vorteilhafterweise derart ausgeführt, dass der Neigungswinkel
von den im Betrieb der Axialkolbenmaschine auftretenden Kippwinkeln der Kolben verschieden
ist. Vorteilhafterweise ist der Neigungswinkel derart ausgeführt, dass während der
Montage die Neigung der Kolben zur Rotationsachse des Triebflansches hin größer als
die im Betrieb der Schrägachsenmaschine maximal auftretende Neigung der Kolben, so
dass die Kolben im Betrieb der Axialkolbenmaschine sicher mit den Kugelköpfen in den
Aufnahmeschalen des Triebflansches formschlüssig gehaltert werden können.
[0020] Vorteilhafterweise ist an dem Triebflansch an jeder Aufnahmeschale eine Ausnehmung
für eine Kolbenstange des Kolbens ausgebildet, um bei schräg angeordneten Nuten eine
einfache Montage des Kolbens in dem Triebflansch zu erzielen.
[0021] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Führung der Zylindertrommel
zwischen dem Triebflansch und der Zylindertrommel eine kugelförmige Führung ausgebildet.
Mit einer derartigen kugelförmigen Führung, die bevorzugt von einem kugelförmigen
Abschnitt des Triebflansches bzw. der Triebwelle und einem hohlkugelförmigen Abschnitt
der Zylindertrommel gebildet ist, kann eine einfache, kostengünstige und bauraumsparende
Führung und Lagerung der Zylindertrommel erzielt werden.
[0022] Zweckmäßigerweise sind hierbei die Ausnehmungen am radial äußeren Bereich der Aufnahmeschalen
in der Stirnseite des Triebflansches ausgebildet. Durch radial Außen angeordnete Ausnehmungen
ist bei einer Axialkolbenmaschine mit einer kugelförmigen Führung der Zylindertrommel
eine einfache Montage der Kolben durch ein Verkippen der Kolben nach radial Außen
möglich.
[0023] Sofern der Triebflansch an der Außenkante der Stirnseite mit einer Fase versehen
ist, kann die für die Kolbenstange der Kolben gegebenenfalls erforderliche Ausnehmung
als Freiarbeitung ohne zusätzlichen Herstellungsaufwand hergestellt werden, wenn die
Fase derart bemessen ist, dass die Fase die Ausnehmung für die Kolbenstange des Kolbens
bildet.
[0024] Die Nuten in den Kugelköpfen der Kolben können einen geradlinigen Verlauf aufweisen.
[0025] Besondere Vorteile sind erzielbar, wenn die Nuten einen abgeknickten Verlauf aufweisen.
Gegenüber geradlinig verlaufenden Nuten wird durch Nuten mit einem abgeknickten Verlauf
erzielt, dass die lasttragende Kugelhälfte des Kugelkopfes eine größere Fläche aufweist,
so dass höhere Kolbenkräfte übertragen werden können.
[0026] Die Nuten weisen hierbei zweckmäßigerweise einen ersten Abschnitt auf, der schräg
geneigt zur Längsachse des Kolbens angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt auf,
der gegenüber dem ersten Abschnitt abgeknickt ist, insbesondere senkrecht zur Längsachse
des Kolbens angeordnet ist.
[0027] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigt
- Figur 1
- eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise in einem Längsschnitt,
- Figur 2
- einen Ausschnitt der Figur 1 in einer vergrößerten Darstellung,
- Figur 3
- eine Draufsicht auf die Stirnseite des Triebflansches,
- Figur 4
- einen Schnitt entlang der Linie B-B der Figur 3,
- Figur 5
- einen Schnitte entlang der Linie A-A der Figur 4,
- Figuren 6a-6d
- Darstellungen zur Verdeutlichung der Montage der Kolben,
- Figuren 7a-7d
- perspektivische Darstellungen zur Verdeutlichung der Montage der Kolben,
- Figuren 8a-8d
- weitere perspektivische Darstellungen zur Verdeutlichung der Montage der Kolben,
- Figuren 9a-9c
- mehrere Darstellungen gemäß einer Linie C-C der Figur 3 mit unterschiedlichen Neigungswinkeln
der Kolben,
- Figuren 10a-10c
- mehrere perspektivische Darstellungen eines in der Aufnahmeschale montierten Kolbens,
- Figur 11a
- eine erste Ausführungsform eines Kolbens und
- Figur 11b
- eine zweite Ausführungsform eines Kolbens.
[0028] Die erfindungsgemäße als Schrägachsenmaschine ausgebildete hydrostatische Axialkolbenmaschine
1 gemäß der Figur 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das aus einem Gehäusebauteil 2a und einem
Gehäusedeckel 2b besteht, der an dem Gehäusebauteil 2a befestigt ist. In dem Gehäuse
2 ist ein Triebflansch 3 und eine Triebwelle 4 um eine Rotationsachse R
t drehbar angeordnet, die einer Längsachse L der Axialkolbenmaschine 2 entspricht.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Triebwelle 4 mittels Lagereinrichtungen
5a, 5b um die Rotationsachse R
t drehbar gelagert. Der Triebflansch 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig
an der Triebwelle 4 angeformt.
[0029] Axial benachbart zu dem Triebflansch 3 ist eine Zylindertrommel 7 in dem Gehäuse
2 angeordnet, die um eine Rotationsachse R
z drehbar angeordnet und mit mehreren Kolbenausnehmungen 8 versehen ist, die im dargestellten
Ausführungsbeispiel konzentrisch zu der Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 angeordnet sind. In jeder Kolbenausnehmung 8 ist ein Kolben
10 längsverschiebbar angeordnet.
[0030] Die Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 schneidet die Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 im Schnittpunkt SP.
[0031] Die Triebwelle 4 ist an dem triebflanschseitigen Ende mit einem Drehmomentübertragungsmittel
12, beispielsweise einer Keilverzahnung, zum Einleiten eines Antriebsdrehmoments bzw.
zum Abgriff eines Abtriebsdrehmoments ausgeführt.
[0032] Die Zylindertrommel 7 liegt zur Steuerung der Zu- und Abfuhr von Druckmittel in den
von den Kolbenausnehmungen 8 und den Kolben 10 gebildeten Verdrängerräumen V an einer
Steuerfläche 15 an, die mit nicht mehr dargestellten nierenförmigen Steuerausnehmungen
versehen ist, die einen Einlassanschluss 16 und einen Auslassanschluss der Axialkolbenmaschine
1 bilden. Zur Verbindung der von den Kolbenausnehmungen 8 und den Kolben 10 gebildeten
Verdrängerräumen V mit den Steuerausnehmungen ist die Zylindertrommel 7 an jeder Kolbenausnehmung
8 mit einer Steueröffnung 18 versehen.
[0033] Die Axialkolbenmaschine 1 der Figur 1 ist als Verstellmaschine mit einem veränderbaren
Verdrängervolumen ausgebildet. Bei der Verstellmaschine ist der Neigungswinkel α und
somit der Schwenkwinkel der Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 bezüglich der Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 zur Veränderung des Verdrängervolumens verstellbar. Die Steuerfläche
15, an der die Zylindertrommel 7 anliegt, ist hierzu an einem Wiegenkörper 19 ausgebildet,
der im Gehäuse 2 um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordnet ist, die im Schnittpunkt
SP der Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 und der Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 liegt und senkrecht zu den Rotationsachsen R
t und R
z angeordnet ist.
[0034] Je nach Stellung des Wiegenkörpers 19 ändert sich der Neigungswinkel α der Rotationsachse
R
z der Zylindertrommel 7 zur Rotationsachse R
t der Triebwelle 4. Die Zylindertrommel 7 kann in eine Nullstellung mit Schwenkwinkel
0° Grad verschwenkt werden, in der die Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 koaxial zur Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 ist. Ausgehend von dieser Nullstellung kann die Zylindertrommel
7 zu einer oder zu beiden Seiten verschwenkt werden, so dass die Axialkolbenmaschine
der Figur 1 als einseitig verschwenkbare oder als zweiseitig verschwenkbare Verstellmaschine
ausgeführt werden kann. Eine Einrichtung zum Verschwenken des Wiegenkörpers 19 und
somit der Zylindertrommel 7 ist in der Figur 1 nicht näher dargestellt.
[0035] Die Kolben 10 sind jeweils an dem Triebflansch 3 gelenkig befestigt. Hierzu ist zwischen
dem jeweiligen Kolben 10 und dem Triebflansch 3 jeweils eine als sphärisches Gelenk
ausgebildete Kugelgelenkverbindung 20 ausgebildet. Die Gelenkverbindung 20 ist - wie
in Verbindung mit der Figur 2 näher ersichtlich ist - von einem Kugelkopf 10a des
Kolbens 10 und einer kugelkalottenförmigen und somit hohlkugelförmigen Aufnahmeschale
3a in der der Zylindertrommel 7 zugewandten Stirnseite 3b des Triebflansch 3 gebildet
ist, in der der Kolben 10 mit dem Kugelkopf 10a befestigt ist.
[0036] Die Kolben 10 können weiterhin jeweils mit einer den Kolben 10 durchsetzenden Längsbohrung
13 versehen sein, die mit dem Verdrängerraum V in Verbindung steht und sich durch
den Kugelkopf 10b erstreckt, um die Kugelgelenkverbindung 20 hydrostatisch zu entlasten.
[0037] Die Kolben 10 weisen jeweils einen Bundabschnitt 10b auf, mit dem der Kolben 10 in
der Kolbenausnehmung 8 angeordnet ist. Eine Kolbenstange 10c des Kolbens 10 verbindet
den Bundabschnitt 10b mit dem Kugelkopf 10b.
[0038] Um eine Ausgleichsbewegung der Kolben 10 bei einer Rotation der Zylindertrommel 7
zu ermöglichen, ist der Bundabschnitt 10b des Kolbens 10 mit Spiel in der Kolbenausnehmung
8 angeordnet. Der Bundabschnitt 10b des Kolbens 10 kann hierzu sphärisch ausgeführt
sein. Zur Abdichtung der Kolben 10 gegenüber den Kolbenausnehmungen 8 ist an dem Bundabschnitt
10b des Kolbens 10 ein Dichtungsmittel 21, beispielsweise ein Kolbenring, angeordnet.
[0039] Zur Lagerung und Zentrierung der Zylindertrommel 7 ist zwischen der Zylindertrommel
7 und dem Triebflansch 3 bzw. der Triebwelle 4 eine kugelförmige Führung 25 ausgebildet.
Die kugelförmige Führung 25 ist von einem kugelförmigen Abschnitt 26 des Triebflansches
3 bzw. der Triebwelle 4 gebildet, auf dem die Zylindertrommel 7 mit einem hohlkugelförmigen
Abschnitt 27 angeordnet ist. Der Mittelpunkt der Abschnitte 26, 27 liegt auf dem Schnittpunkt
SP der Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 und der Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der hohlkugelförmige
Abschnitt 26 an der Stirnseite einer hülsenartigen Buchse 50 ausgebildet, die in einer
zentralen Längsausnehmung 11 der Zylindertrommel 7 und somit im Inneren der Zylindertrommel
7 angeordnet und befestigt ist.
[0040] Um im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 eine Mitnahme der Zylindertrommel 7 zu erzielen,
ist eine nicht näher dargestellte Mitnahmeeinrichtung vorgesehen, die die Triebwelle
4 und die Zylindertrommel 7 in Drehrichtung koppelt, beispielsweise eine Mitnahmegelenk,
das bevorzugt als Gleichlaufgelenk ausgebildet ist.
[0041] Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 in Schrägachsenbauweise sind - wie
in den Figuren 3 bis 5 näher dargestellt ist - die kugelkalottenförmigen Aufnahmeschalen
3a jeweils lediglich als sich bis zu dem Kugeläquator erstreckende Halbkugeln ausgebildet.
Die Mittelpunkte M der als Halbkugeln ausgebildeten kugelkalottenförmigen Aufnahmeschalen
3a liegen somit in der von der Stirnseite 3b des Triebflansches 3 aufgespannten Ebene.
Die als Halbkugeln ausgebildeten kugelkalottenförmigen Aufnahmeschalen 3a umschlingen
somit den Kugelkopf 10a um 180° Grad. In der Figur 3 ist hierbei eine Draufsicht auf
die Stirnseite 3b des Triebflansches 3 im Bereich einer Aufnahmeschale 3a dargestellt,
wobei der entsprechende Kolben 10 nicht dargestellt ist.
[0042] Um die Kugelköpfe 10a der Kolben 10 in der als Halbkugel ausgeführten hohlkugelförmigen
Aufnahmeschalen 3a formschlüssig zu sichern, ist an der Stirnseite 3b des Triebflansches
3 im Bereich der Aufnahmeschalen 3a ein Rückhaltesteg 30 ausgebildet, der sich - wie
in der Figur 5 dargestellt ist - über den Kugeläquator der Halbkugel erstreckt, um
den Kugelkopf 10b mit einem Winkel von größer 180° Grad zu umgreifen und zu umschlingen.
Der Rückhaltesteg 30 ist hierzu an der Innenkontur mit einer die Kugelkontur der kugelkalottenförmigen
Aufnahmeschalen 3a fortsetzenden Kugelkontur 31 versehen.
[0043] Der Rückhaltesteg 30 bildet an jeder Aufnahmeschale 3a jeweils zwei Rückhalteabschnitte
30a, 30b, die - wie in den Figuren 3 und 5 ersichtlich ist - an der Aufnahmeschale
3a gegenüberliegend angeordnet sind und jeweils mit der Kugelkontur 31 versehen sind.
[0044] Der Rückhaltesteg 30 ist von einer kreisringförmigen, umlaufenden Erhöhung 32 an
der Stirnseite 3b des Triebflansches 3 gebildet. Die kreisringförmige Erhöhung 32
und somit der Rückhaltesteg 30 ist konzentrisch zur Rotationsachse R
t des Triebflansches 3 angeordnet, so dass der Mittelpunkt der den Rückhaltesteg 30
bildenden kreisringförmigen Erhöhung 32 auf der Rotationsachse R
t des Triebflansches 3 angeordnet ist.
[0045] Die kreisringförmige Erhöhung 32 ist an der Stirnseite 3b des Triebflansches 3 im
Bereich eines Teilkreisdurchmessers T
K angeordnet, auf dem die Mittelpunkte M der halbkugelförmigen Aufnahmeschalen 3a angeordnet
sind.
[0046] Die kreisringförmige Erhöhung 32 ist somit der Zylinderfrommel 7 zugewandt an der
Stirnseite 3b des Triebflansches 3 angeordnet.
[0047] Der Rückhaltesteg 30 weist in radialer Richtung eine Breite B auf, die deutlich geringer
als der Durchmesser der Halbkugel ist, beispielsweise maximal 1/3 des Durchmessers
der Halbkugel und somit des Durchmessers des Kugelkopfes 10b ist. Die radiale Außenumfangsfläche
30d des Rückhaltesteges 30 ist von der radialen Außenumfangsfläche 3d des Triebflansches
3 nach radial Innen beabstandet.
[0048] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rückhaltesteg 30 einstückig an der Stirnseite
3b des Triebflansches 3 ausgebildet. Die Kontur des Triebflansches 4 ist somit mit
dem Rückhaltesteg 30 und somit der ringförmige Erweiterung 32, die aus der Stirnseite
3b herausragt, versehen. Bevorzugt ist der Rückhaltesteg 30 bereits an einem Rohteil
des Triebflansches 3 mit einem bestimmten Übermaß herausgeformt, so dass die Kontur
des Rückhaltestegs 30 auf kostengünstige Weise in einer Drehbearbeitung des Triebflansches
3 hergestellt werden kann.
[0049] Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 ist die Rückhaltung der Kolbenköpfe
10b in den halbkugelförmigen Aufnahmeschalen 3a auf den Bereich der Rückhaltesteges
30 beschränkt. Da der umlaufende Rückhaltesteg 30 von der radialen Außenumfangsfläche
3d des Triebflansches 3 nach radial Innen beabstandet angeordnet ist, entsteht ein
Freiraum, der es ermöglicht, die Zylindertrommel 7 mit der die Kolbenaustrittsöffnungen
enthaltenden Stirnseite 7a nahe an die Stirnseite 3a des Triebflansches 3 heranzuführen,
so dass in axialer Richtung der Längsachse L kompakte Abmessungen der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine 1 ermöglicht werden. In der Figur 2 ist ein möglicher, kleiner
Abstand s zwischen der die Kolbenaustrittsöffnungen enthaltenden Stirnseite 7a enthaltenden
Zylindertrommel 7 und den Mittelpunkten M der halbkugelförmigen Aufnahmeschalen 3a
dargestellt, die auf der Stirnseite 3b des Triebflansches angeordnet sind. Um einen
möglichst geringen Abstand s zu erzielen, ist die der Zylindertrommel 7 zugewandte
Stirnseite des Rückhaltestegs 30 im radial äußeren Bereich mit einer Fase 33 versehen,
die zur Stirnseite 3b des Triebflansches 3 geneigt ist.
[0050] Um die Kolben 10 mit den Kugelköpfen 10b in die Aufnahmeschalen 3a einführen zu können,
ist jeder Kugelkopf 10b - wie in der Figur 5 verdeutlicht ist - mit zwei gegenüberliegend
angeordneten Nuten 40a, 40b versehen. Die Nuten 40a, 40b sind als Abarbeitungen der
Kugelfläche im Bereich des Äquatorbereichs der Kugelköpfe 10b ausgebildet. Der Abstand
D zwischen den parallel zueinander angeordneten und zylindrischen Nutgründen der beiden
Nuten 40a, 40b ist kleiner als die Öffnungsweite E zwischen den beiden Rückhalteabschnitte
30a, 30b des Rückhaltestegs 30 an der jeweiligen Aufnahmeschale 3a.
[0051] Die Nutbreite F der Nuten 40a, 40b ist - wie in der Figur 4 verdeutlicht ist - jeweils
größer als die Breite B des Rückhaltesteges 30.
[0052] Die Nuten 40a, 40b sind an dem Kugelkopf 10a mit der Längsachse L
N geneigt zur Längsachse L
K des Kolbens 10 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Längsachse
L
N der Nuten 40a, 40b gegenüber der Längsachse L
K des Kolbens 10 um einen einen Montagewinkel bildenden Neigungswinkel β
M schräg angeordnet. Der Montagewinkel β
M ist kleiner als 90° Grad.
[0053] In den Figuren 1 bis 11a weisen die Nuten 40a, 40b einen geradlinigen Verlauf auf.
[0054] Der Neigungswinkel β
M der Nuten 40a, 40b ist derart ausgeführt, dass der Neigungswinkel β
M zur Montage der Kolben 10 von den im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 auftretenden
maximalen Kippwinkeln β
1 der Kolben 10 verschieden ist.
[0055] Zur Montage der Kolben 10 in den Aufnahmeschalen 3a ist an dem Triebflansch 3 an
jeder Aufnahmeschale 3a eine Ausnehmung 45 für die Kolbenstange 10c des Kolbens 10
ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 45 am radial
äußeren Bereich der Aufnahmeschalen 3a in der Stirnseite 3b des Triebflansches 3 ausgebildet
und erstrecken sich von der Aufnahmeschale 3a nach radial Außen in Richtung zu der
radialen Außenumfangsfläche 3d des Triebflansches 3 erstrecken. Die Ausnehmungen 45
sind - in radialer Richtung nach Innen gesehen - ausgehend von der radialen Außenumfangsfläche
3d mit einer zu der Aufnahmeschale 3a zunehmenden Tiefe versehen.
[0056] An der Außenkante zwischen der radialen Außenumfangsfläche 3d und der Stirnseite
3b ist der Triebflansch 3 weiterhin mit einer Fase 46 versehen. Die Ausnehmungen 45
erstrecken sich in den Bereich der Fase 46.
[0057] In den Figuren 6a bis 8d ist der Montageprozess der Kolben 10 in den Aufnahmeschalen
3a näher dargestellt. Die Indizes "a" bis "d" in den Figuren 6a bis 8d entsprechend
jeweils den gleichen Montagezuständen.
[0058] Zur Montage des Kolbens 10 in die Aufnahmeschale 3a wird der Kolben 10 unter dem
Montagewinkel β
M in die Aufnahmeschale 3a eingeführt, wie in den Figuren 6a, 7a, 8a dargestellt ist.
Da bei dem unter dem Montagewinkel β
M gekippten Kolben 10 die Längsachse L
N der Nuten 40a, 40b parallel zu dem Rückhaltesteg 30 angeordnet ist, kann der Koben
10 mit den beiden Nuten 40a, 40b zwischen die beiden Rückhalteabschnitte 30a, 30b
des Rückhaltestegs 30 in die Aufnahmeschale 3a eingeführt werden - wie in den Figuren
6b, 7b, 8b und 6c, 7c, 8c dargestellt ist. Bei vollständig in die Aufnahmeschale 3a
unter dem Montagewinkel β
M eingeführten Kolben 10 gelangt die Kolbenstange 10b mit der Ausnehmung 45 in Kontakt.
Sofern der Kugelkopf 10b vollständig in die Aufnahmeschale 3a eingeführt wurde, kann
der Kolben 10 ausgehend von dem Montagewinkel β
m in den Neigewinkel β
1 zurückgekippt werden - wie in der Figur 6c durch den Pfeil 60 und in den Figuren
6d, 7d, 8d dargestellt ist - , so dass der Kugelkopf 10b mittels des Rückhaltestegs
30 formschlüssig in der Aufnahmeschale 3a gesichert ist.
[0059] Im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 treten an den Kolben 10 - wie in den Figuren
6d und 9a bis 9c dargestellt - die maximalen Kippwinkel β
1 auf, so dass der Kolbenkopf 10b in den Aufnahmeschalen 3c während des Betriebs der
Axialkolbenmaschine 1 sicher gesichert ist.
[0060] In den Figuren 10a bis 10c sind perspektivische Darstellungen des in der Aufnahmeschale
3c gesicherten Kolben 10 dargestellt.
[0061] In der Figur 11b ist eine zweite Ausführungsform eines Kolbens 10 dargestellt, bei
dem die Nuten 40a, 40b im Kolbenkopf 10b einen abgeknickten Verlauf aufweisen. Die
Nuten 40a, 40b weisen einen ersten Abschnitt auf, der mit der Längsachse L
N unter dem Neigungswinkel β
M schräg geneigt zur Längsachse L
K des Kolbens 10 angeordnet ist. Ein zweiter Abschnitt der Nuten 40a, 40b ist gegenüber
dem ersten Abschnitt weiter abgeknickt und im dargestellten Ausführungsbeispiel mit
der Längsachse L
N2 senkrecht zur Längsachse L
K des Kolbens 10 angeordnet. Durch den abgeknickten zweiten Abschnitt der Nuten 40a,
40b wird erzielt, dass das Kugelende des Kugelkopfes 10b, das dem Kolbenschaft 10c
gegenüberliegt, von der Außenkante der Nut 40a, 40b ein Maß t2 aufweist, das gegenüber
dem Maß t1 einer geraden Ausführung der Nuten 40a, 40b vergrößert ist, so dass die
lasttragende Kugelhälfte, die der Kolbenstange 10c gegenüberliegend und die Kolbenkräfte
in der Aufnahmeschale 3a abstützt, eine vergrößerte Fläche aufweist.
[0062] Die Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf.
[0063] Die erfindungsgemäße Arretierung der Kolben 10 in den Aufnahmeschalen 3a weist durch
die halbkugelförmigen Aufnahmeschalen 3a und den Rückhaltesteg 30 an der Stirnseite
3b des Triebflansches 3, der aus der Stirnseite 3b des Triebflansches 3 herausragt,
einen geringen Herstellaufwand auf. Zudem ist eine kompakte axiale Abmessung der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine mit der erfindungsgemäßen Arretierung der Kolben 10 im Triebflansch
3 erzielbar. Durch die beiden geneigten Nuten 40a, 40b ist die erfindungsgemäße Arretierung
der Kolben 10 für Verstellmaschinen mit einem verstellbaren Verdrängervolumen geeignet
und ermöglicht Schwenkwinkel von 0° Grad. Die beiden Nuten 40a, 40b an den Kolbenköpfen
10 führen gegenüber Abplattungen an den Kolbenköpfen 10, um zylindrische Flächen herzustellen,
durch die geringe Nutbreite F der Nuten 40a, 40b zu einer geringen Verringerung der
Kugelfläche an der lasttragenden Kugelhälfte, die der Kolbenstange 10c gegenüberliegt.
[0064] Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die
erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1 kann anstelle als Verstellmaschine alternativ
als Konstantmaschine ausgeführt werden. Bei einer Konstantmaschine ist der Neigungswinkel
α der Rotationsachse R
z der Zylindertrommel 7 bezüglich der Rotationsachse R
t der Triebwelle 4 konstant und fest. Die Steuerfläche 15, an der die Zylindertrommel
7 anliegt, kann hierbei an dem Gehäuse 2 ausgebildet sein.
[0065] Es versteht sich, dass die Buchse 50 einstückig an der Zylindertrommel 7 ausgebildet
werden kann.
[0066] Der Triebflansch 3 kann als von der Triebwelle 4 getrenntes Bauteil ausgeführt werden,
das mit der Triebwelle 4 drehmomentfest verbunden ist.
[0067] Die Fase 46 an dem Triebflansch 3 kann derart vergrößert werden, dass die zusätzlichen
Ausnehmungen 45 für die Montage der Kolben 10 entfallen können.
1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine (1) in Schrägachsenbauweise mit einer um eine Rotationsachse
(Rt) drehbar innerhalb eines Gehäuses (2) angeordneten Triebwelle (4), mit einem um eine
Rotationsachse (Rt) drehbar innerhalb des Gehäuses (2) angeordneten Triebflansch (3), und mit einer
um eine Rotationsachse (Rz) drehbar innerhalb des Gehäuses (2) der Axialkolbenmaschine (1) angeordneten Zylindertrommel
(7), wobei die Zylindertrommel (7) mit mehreren Kolbenausnehmungen (8) versehen ist,
in denen jeweils ein Kolben (10) längsverschiebbar angeordnet ist, wobei die Kolben
(10) an dem Triebflansch (3) gelenkig befestigt sind und zur gelenkigen Befestigung
der Kolben (10) an dem Triebflansch (3) jeweils eine Kugelgelenkverbindung (20) vorgesehen
ist, die aus einer kugelkalottenförmigen Aufnahmeschale (3a) in einer Stirnseite (3b)
des Triebflansches (3) und einem Kugelkopf (10b) gebildet ist, der mit dem Kolben
(10) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschalen (3a) jeweils als sich bis zu dem Kugeläquator erstreckende Halbkugeln
ausgebildet sind und an einer Stirnseite (3b) des Triebflansches (3) im Bereich der
Aufnahmeschalen (3a) ein Rückhaltesteg (30) ausgebildet ist, der sich über den Kugeläquator
der Halbkugel erstreckt, um den Kugelkopf (10b) mit einem Winkel von größer 180° Grad
zu umgreifen.
2. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltesteg (30) an jeder Aufnahmeschale (3a) jeweils zwei Rückhalteabschnitte
(30a, 30b) bildet, die an der Aufnahmeschale (3a) gegenüberliegend angeordnet sind
und über die Halbkugel hinausgehen.
3. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltesteg (30) von einer kreisringförmigen Erhöhung (32) an der Stirnseite
(3b) des Triebflansches (3) gebildet ist.
4. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunkt des Rückhaltestegs (30) auf der Rotationsachse (Rt) des Triebflansches (3) angeordnet ist.
5. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltesteg (30) im Bereich eines Teilkreises (Tk) angeordnet ist, auf dem die Mittelpunkte (M) der Halbkugeln angeordnet sind.
6. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhaltesteg (30) einstückig an der Stirnseite (3b) des Triebflansches (3) ausgebildet
ist.
7. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkopf (10b) mit zwei gegenüberliegend angeordneten Nuten (40a, 40b) versehen
ist, wobei der Abstand (D) zwischen den Nutgründen der beiden Nuten (40a, 40b) kleiner
als die Öffnungsweite (E) der beiden Rückhalteabschnitte (30a, 30b) an der jeweiligen
Aufnahmeschale (3a) ist.
8. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutbreite (F) der Nuten (40a, 40b) größer als die Breite (B) des Rückhaltesteges
(30) ist.
9. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40a, 40b) an dem Kugelkopf (10b) schräg geneigt zur Längsachse (LK) des Kolbens (10) angeordnet sind.
10. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (βm) der Nuten (40a, 40b) derart ausgeführt ist, dass der Neigungswinkel (βM) von den im Betrieb der Axialkolbenmaschine (1) auftretenden Kippwinkeln (β1) der Kolben (10) verschieden ist.
11. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Triebflansch (3) an jeder Aufnahmeschale (3a) eine Ausnehmung (45) für eine
Kolbenstange (10c) des Kolbens (10) ausgebildet ist.
12. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung der Zylindertrommel (7) zwischen dem Triebflansch (3) und der Zylindertrommel
(7) eine kugelförmige Führung (25) ausgebildet ist.
13. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (45) am radial äußeren Bereich der Aufnahmeschalen (3a) in der Stirnseite
(3b) des Triebflansches (3) ausgebildet sind.
14. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebflansch (3) an der Außenkante (3d) der Stirnseite (3b) mit einer Fase (46)
versehen ist, die derart bemessen ist, dass die Fase (46) die Ausnehmung (45) für
die Kolbenstange (10c) des Kolbens (10) bildet.
15. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40a, 40b) einen geradlinigen Verlauf aufweisen.
16. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40a, 40b) einen abgeknickten Verlauf aufweisen.
17. Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (40a, 40b) einen ersten Abschnitt aufweisen, der schräg geneigt zur Längsachse
(LK) des Kolbens (10) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der gegenüber
dem ersten Abschnitt abgeknickt ist, insbesondere senkrecht zur Längsachse (LK) des Kolbens (10) angeordnet ist.