DE3519822A1

DE3519822A1 - Einstellbare axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE3519822A1
Application number: DE19853519822
Authority: DE
Inventors: Gunnar Lyshoej Nordborg Hansen
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Danfoss AS
Priority date: 1985-06-03
Filing date: 1985-06-03
Publication date: 1986-12-04
Also published as: JPS61277824A; DE3519822C2; DK246286A; CA1284063C; DK246286D0; US4703682A; DK164371B; DK164371C

Description

DR.-ING. ULRICH KNOBLAUCH · "' DATl=KlTA MWAl T β FRANKFURT/MAIN 1, DEN 31. Mai 1985 KAItNIANWALI KÜHHORNSHOFWEG 10 POSTSCHECK-KONTO FRANKFURT/M. 3425-605 561O 7B K/N DRESDNER BANK. FRANKFURT/M. 2300308 TELEGRAMM: KNOPAT

— 4 — TELEX: 411877 KNOPA D

DA 724

DANFOSS A/S, DK-6430 Nordborg Einstellbare Axialkolbenmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf eine einstellbare Axialkolbenmaschine mit mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit, von deren zwei Arbeitselementen das eine mit einem rotierenden Träger verbunden und das andere mit Hilfe einer Schrägscheibe abgestützt ist, die durch Führung eines an ihr angebrachten Lagerelements eines Gleitlagers in einer an einer Querwand des Gehäuses angebrachten Lagerfläche um eine zur Rohrachse senkrechte Schwenkachse verstellbar ist, und mit mindestens einer Stellkolben und Stellzylinder aufweisenden Stelleinrichtung zur Verstellung der Schrägscheibe.

Bei einer bekannte Axialkolbenmaschine dieser Art (DE-OS 31 35 605) besteht das Lagerelement aus einem Wiegenkörper, dessen Breite größer ist als der Durchmesser der Gleitbahn. Dieser Wiegenkörper ist in einer entsprechend großen teilzylindrischen Lagerfläche der Gehäuse-Querwand angeordnet. Zwei Stelleinrichtungen sind etwa parallel zu den Kolben-Zylinder-Einheiten angeordnet und greifen auf derselben Seite wie diese an der Schrägscheibe an. Der Querschnitt des Axialmotors ist entsprechend groß.

5 -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einstellbare Axialkolbenmaschine der eingangs beschriebenen
Art anzugeben, die kleinere Bauabmessungen, insbesondere einen kleineren Querschnitt erhalten kann.

: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß das Gleitlager nur einen Teil der Fläche der Schräg- ;

scheibe und der Querwand belegt und daß die Stellein- j

j richtung auf der gleichen Seite der Schrägscheibe mit j

10 Abstand von der Schwenkachse neben dem Gleitlager ange- j

ordnet ist.

Bei dieser Konstruktion wird der Querschnitt der Ma-
! schine im wesentlichen durch die Abmessungen des rotie- | I 15 renden Trägers mit den Kolben-Zylinder-Einheiten be- j ί ί

ι stimmt. Die mindestens eine Stelleinrichtung ist in- ;

mitten dieses Querschnitts untergebracht, da sie sich
; nicht mehr neben diesen Einheiten sondern auf der gegen- ; j überliegenden Seite der Schrägseite befindet. Durch

20 die Verkleinerung des Gleitlagers wird nicht nur der
i Platz für die Stelleinrichtung geschaffen, sondern
! es ergibt sich zwischen Gleitlager und Stelleinrichtung j

i j

I ein Hebelarm, der zum Verschwenken der Schrägscheibe \

I ι

; genutzt werden kann. Dieser Hebelarm läßt sich in weiten

: 25 Grenzen frei wählen, da die Lage der Stelleinrichtung
^: nicht durch die Kolben-Zylinder-Einheiten behindert
i wird. Da bei kleineren Hebelarmen kleinere Hübe ausrei-

I chen, läßt sich auch eine Verkürzung der axialen Baulänge der Maschine erzielen.
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Günstig ist es, wenn das Lagerelement aus zwei in Richtung der Schwenkachse gegeneinander versetzten Kugelkalotten besteht und die Lagerfläche zwei entsprechende
Lagerpfannen umfaßt. Sowohl die Kugelkalotten als auch
35 die Lagerpfannen lassen sich auf einfache Weise herstellen, so daß sich mit geringem Aufwand eine ausrei-

chende Lagerfläche ergibt.

Zumindest diejenige Lagerpfanne, die den jeweils Druck führenden Kolben-Zylinder-Einheiten gegenüber angeordnet ist, sollte inmitten einer ringförmigen Auflagefläche eine Kammer aufweisen, der Druckflüssigkeit zuführbar ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Druckentlastung.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Lagerpfannen nahe der Durchmesserlinie der Querwand zu beiden Seiten des Wellenlagers angeordnet. Die Aufteilung in zwei Lagerpfannen erlaubt es, trotz des Vorhandenseins eines Wellenlagers eine ausreichende Abstützung zu bewirken. Dies führt zu kleineren Hebelarmen und entsprechend kurzen axialen Baulängen der Stelleinrichtung.

Zweckmäßigerweise ist der Stellzylinder als Bohrung in der Querwand ausgebildet. Dies ergibt eine besonders einfache Ausführungsform.

Der Stellkolben hat vorzugsweise an seiner äußeren Stirnseite eine sphärische Vertiefung, in die eine an der Schrägscheibe anliegende Kugelkalotte eingreift. Damit ergibt sich ein Kugelgelenk, so daß sich die Schrägscheibe in ihrer Neigung ohne Schwierigkeiten einstellen kann. Mit Vorteil ist die Kugelkalotte nicht fest an der Schrägseite angebracht, so daß sie eine radiale Ausgleichsbewegung ausführen kann, wenn die Schrägscheibe gekippt wird.

Vorzugsweise ist die Kugelkalotte größer als eine Halbkugel und ihr Durchmesser entspricht demjenigen der Stellzylinder-Bohrung. Auf diese Weise dient die Kugelkalotte zur Führung der Schrägscheibe, so daß Querkräfte gut aufgenommen werden können.

Eine andere Alternative besteht darin, daß der Stellkolben an der Schrägscheibe angebracht ist und eine

sphärische Urnfangsflache hat.

Zweckmäßigerweise sind zwei in Richtung der Schwenkachse gegeneinander versetzte Stelleinrichtungen vorgesehen. Dies ergibt eine besonders zuverlässige Anordnung .

Des weiteren können in der Querwand Kanäle verlaufen, die die Kammer mindestens der einen Lagerpfanne mit dem Zylinder für die mindestens eine Stelleinrichtung verbinden. Da der Stelleinrichtung ein Regeldruck zugeführt wird, steht dieser Regeldruck auch in der Kammer zur Verfügung, um im Gleitlager eine Druckentlastung zu bewirken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer einstellbaren Axialkolbenmaschine,

Fig. 2 eine Ansicht von rechts auf die linke Querwand

des Gehäuses,
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Fig. 3 eine Ansicht von links auf die rechte Querwand des Gehäuses,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform und

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch eine abgewandelte ' Stelleinrichtung.

Ι 35 Die in Fig. 1 veranschaulichte Axialkolbenmaschine kann als Motor oder Pumpe arbeiten. Ihr Gehäuse weist zwei durch eine Umfangswand 1 miteinander verbundene

Wi₁. «fc-at -Λι Λ Jt X β Ψ a H -Ί --. -.

Stirn- oder Querwände 2 und 3 auf. Eine Welle 4 ist mit ihrem Ende 5 in einer Lagerbohrung 6 der Querwand und mit ihrem Abschnitt 7 in einer Lagerbuchse 8 in der Querwand 3 gehalten. Diese Lagerbuchse 8 ist nur über einen Teil 9 ihres Umfangs gehäusefest gelagert, so daß die Welle 4 eine gewisse Beweglichkeit hat.

Die Welle 4 ist über eine Zahnkupplung 10 drehfest, aber axial verschiebbar mit einem Träger 11 verbunden.

Dieser weist mehrere, als Zylinder 12 dienende Bohrungen von Kolben-Zylinder-Einheiten 13 auf. In jede dieser Zylinderbohrungen greift ein Kolben 14, der an seiner Stirnseite eine Gleitfläche 15 trägt, mit der er auf einer Schrägscheibe 16 abgestützt ist. Eine ebene Druckplatte 17 liegt auf ebenen Flächen 18 von am Kolben 14 angebrachten Kragen 19 auf und ist durch eine zentrische Feder 20 belastet, die sich einerseits am Träger 11 und andererseits an einem Bund 21 der Welle 4 abstützt. Dieser Bund besitzt eine sphärische Ringfläche 22, die mit einer entsprechenden Lagerfläche 23 am Rand einer von der Welle 4 durchsetzten Mittelöffnung der Druckplatte 17 ein Kugelgelenk 24 bildet.

Der Kolben 14 weist an seinem der Schrägscheibe abgewandten Ende eine ringförmige Dichtfläche 25 auf, die dem Äquatorbereich einer Kugelfläche mit dem Durchmesser der Bohrung des Zylinders 12 entspricht. Sie befindet sich an der Oberfläche des Bandes 26, das mittels eines festgebördelten Ringes 27 gegen eine Stufe 28 des KoI-bens gehalten ist. Diese Dichtfläche bildet in Verbindung mit der Bohrung des Zylinders 12 ein verschiebbares Schwenkgelenk. Die Druckplatte 17 weist Ausschnitte 30 auf, die als radiales Langloch ausgeführt sind und daher eine Radialführung für den Kolben 14 bilden. Auf diese Weise kann sich die Gleitfläche 15 trotz der axialen Kürze der Kolben-Zylinder-Einheit 13 in jeder Drehwinkellage des Trägers 11 vollständig an

die Schrägscheibe 16 anlegen.

Jeder Kolben 14 weist einen Durchgangskanal 31 in der Form einer Bohrung auf. Außerdem ist an der Stirnseite eine ringförmige Vertiefung 32 vorgesehen, die annähernd einen Außendurchmesser hat, der dem Kolbendurchmesser im Zylinder 12 entspricht. Dies ergibt eine weitgehende Druckentlastung, so daß der Kolben im wesentlichen nur unter der Kraft der zentrischen Feder 20 gegen die Schrägscheibe 16 gedruckt wird. Gleichzeitig ergibt sich eine hydrostatische Schmierung der Gleitfläche, so daß die Reibungsverluste gering sind.

Die Querwand 2 besitzt in ihrer Stirnfläche 33 zwei teilringförmige Nuten, nämlich eine Niederdrucknut und eine Drucknut 35. Diese sind jeweils mit einem Niederdruckanschluß 36 bzw. einem Druckanschluß 37 an der äußeren Stirnseite der Querwand 2 über lediglich angedeutete Kanäle 38 verbunden. Die Zylinder 12 besitzen stirnseitige Steueröffnungen 39, mit denen sie abwechselnd entlang der Niederdrucknut 34 und der Drucknut 35 bewegt werden. Auf diese Weise können die Hubräume der Kolben-Zylinder-Einheiten 13 beschickt und entleert werden. Die bevorzugte Drehrichtung ist durch einen Pfeil 39 angegeben. Durch Löcher 40 werden Spannschrauben 41 zum Zusammenhalten der Gehäuseteile 1 bis 3 geführt.

Die Schrägscheibe 16 ist in ihrer Neigung verstellbar, um das Fördervolumen der als Pumpe arbeitenden Maschine oder die Drehzahl der als Motor arbeitenden Maschine zu ändern. Zu diesem Zweck ist die Schrägscheibe 16 in einem Gleitlager 42 um eine Schwenkachse S schwenkbar gelagert, das nur einen Teil der Fläche der Schrägscheibe 16 und der Querwand 3 belegt. Dieses Gleitlager wird durch ein an der Schrägscheibe 16 angebrachtes

Lagerelement in der Form zweier Kugelkalotten 43 und zweier entsprechender Lagerpfannen 44 und 45 (Fig. 3) gebildet. Kugelkalotten und Lagerpfannen sind in Richtung der Schwenkachse S gegeneinander versetzt. Die Lagerpfannen befinden sich nahe der Durchmesserlinie der Querwand 3 zu beiden Seiten des durch die Buchse 8 gebildeten Wellenlagers. Die Lagerpfannen 44 und 45 weisen inmitten einer ringförmigen Lagerfläche eine Kammer 46 bzw. 47 auf.

Ferner sind zwei Stelleinrichtungen 48 auf der gleichen .Seite der Schrägscheibe 16 wie das Gleitlager 42 und zwar neben diesem Gleitlager vorgesehen. Jede Stelleinrichtung besteht aus einem Stellkolben 49 und einem Stellzylinder 50 bzw. 51 (Fig. 3). Die Stellzylinder sind als Bohrung in der Querwand 3 ausgeführt. Jeder Stellkolben weist an seiner äußeren Stirnseite eine sphärische Vertiefung 52 auf, in die je eine kraftschlüssig an der Schrägscheibe 16 anliegende Kugelkalotte 53 eingreift. Deren Durchmesser entspricht demjenigen der Stellzylinder-Bohrung.

Die Kammer 46 der Lagerpfanne 44, die den jeweils Druck führenden Kolben-Zylinder-Einheiten 13 gegenüber angeordnet ist, sieht über einen Kanal 54 mit beiden Hubräumen der Stelleinrichtungen 48 in Verbindung und wird, wie diese, von einer Regeleinrichtung mit einem geregelten Druck versorgt. Dieser wird über einen Anschluß 55 an der Querwand 2 und ein die Bohrungen 56 und 57 umfassendes Kanalsystem den Stelleinrichtungen und der Kammer 46 zugeführt. In Abhängigkeit von diesem Druck bzw. der in den Räumen eingeschlossenen Druckflüssigkeitsmenge nimmt die Schrägscheibe 16 eine bestimmte Neigung ein. Zumindest das druckbelastete Gleitlager 42 ist hydrostatisch unterstützt, so daß den Schwenkbewegungen wenig Widerstand entgegengesetzt

- li -

wird. Auch diese Stelleinrichtung für die Schrägscheibe hat eine axial sehr geringe Länge. Der Aufbau ist einfach. Da die Kugelkalotten 42 und 53 in die Lagerpfanne 44 bzw. in die Vertiefung 52 des Kolbens 49 von der Feder 20 gedruckt werden, ist die Schrägscheibe 16 auch in Querrichtung sicher arretiert.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 werden für entsprechende Teile um 100 gegenüber den Fig. 1 bis 3 erhöhte

¹^ Bezugszeichen verwendet. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß die Kolben 114 in den Zylindern 112 des rotierenden Trägers 111 axial geführt sind und über ein Schwenkgelenk 129 mit einem Gleitschuh 158 verbunden sind, der seinerseits die Gleitfläche 115 trägt.

Der Gleitschuh wird durch die Druckplatte 117 von der Feder 120 belastet. Das Gleitlager 142 und die Stelleinrichtungen 148 sind wie in dem Beispiel der Fig. 1 bis 3 ausgeführt.

^Q Bei der Ausführungsform der Fig. 5 werden um 200 erhöhte Bezugszeichan verwendet. Unterschiedlich ist im wesentlichen, daß der Kolben 249 der Stelleinrichtung 248 fest an der Schrägscheibe 216 angebracht ist und eine sphärische Umfangsflache 259 besitzt. Dieser KoI-ben dichtet und erlaubt gleichzeitig eine Schwenkbewegung.

Abwandlungen von den dargestellten Konstruktionen sind in vielfacher Hinsicht möglich. Beispielsweise kann das Gleitlager statt aus Kalotten und zugehörigen Pfannen auch aus einem Zylinderabschnitt und einer teilzylindrischen Lagerfläche bestehen. Es ist auch möglich, die Kolben der Kolben-Zylinder-Einheiten am rotierenden

Träger und die Gleitfläche an den Zylindern anzubringen. 35

Claims

Patentansprüche

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Einstellbare Axialkolbenmaschine mit mindestens einer Kolben-Zylinder-Einheit, von deren zwei Arbeitselementen das eine mit einem rotierenden Träger verbunden und das andere mit Hilfe einer Schrägscheibe abgestützt ist, die durch Führung eines an ihr angebrachten Lagerelements eines Gleitlagers in einer an einer Querwand des Gehäuses angebrachten Lagerfläche um eine zur Rohrachse senkrechte Schwenkachse verstellbar ist, und mit mindestens einer Stellkolben und Stellzylinder aufweisenden Stelleinrichtung zur Verstellung der Schrägscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitlager (42; 142) nur einen Teil der Fläche der Schrägscheibe (16; 116; 216) und der Querwand (3; 103; 203) belegt und daß die Stelleinrichtung (48; 148; 248) auf der gleichen Seite der Schrägscheibe mit Abstand von der Schwenkachse (S) neben dem Gleitlager angeordnet ist.
2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement aus zwei in Richtung der Schwenkachse (S) gegeneinander versetzten Kugelkalotten (43) besteht und die Lagerfläche zwei entsprechende Lagerpfannen (44) umfaßt.
3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest diejenige Lagerpfanne (44), die den jeweils Druck führenden Kolben-Zylinder-Einheiten (13) gegenüber angeordnet ist, inmitten

5 einer ringförmigen Auflagefläche eine Kammer (46) auf- weist, der Druckflüssigkeit zuführbar ist.
4. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagerpfannen (44,

10 45) nahe der Durchmesserlinie der Querwand (3) zu beiden Seiten des Wellenlagers (8) angeordnet sind.
5. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1

15 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellzylinder (50, 51; 250) als Bohrung in der Querwand (3; 203) ausgebildet ist.
6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekenn-20 zeichnet, daß der Stellkolben (49) an seiner äußeren

Stirnseite eine sphärische Vertiefung (52) aufweist, i in die eine an der Schrägscheibe (16) anliegende ί Kugelkalotte (53) eingreift.

! 25
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 j bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkalotte

j (53) größer als eine Halbkugel ist und ihr Durch-

! messer demjenigen der Bohrung des Stellzylinders j (50) entspricht.

j
8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (249) an der Schräg- ! scheibe (216) angebracht ist und eine sphärische : Umfangsflache (259) hat.
; 35
.
9. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1

* H Λ Λ

j« H *

— 3 —

bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei in Richtung der Schwenkachse (S) gegeneinander versetzte Stelleinrichtungen (48) vorgesehen sind.
10. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Querwand (3) Kanäle (34) verlaufen, die die Kammer (46) mindestens der einen Lagerpfanne (44) mit dem Zylinder (50) für die mindestens eine Stelleinrichtung (48) verbinden.