Die Erfindung bezieht sich auf eine Axialkolbenmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Axialkolbenmaschine dieser Art ist in der DE 196 45 580 C1 beschrieben. Bei dieser bekannten Axialkolbenmaschine ist zur Einstellung des Durchsatzvolumens eine Verstellvorrichtung mit einer an der Schräg- oder Taumelscheibe angreifenden Schwenkeinrichtung vorgesehen, mit der die Schräg- oder Taumelscheibe wahlweise hin- und herschwenkbar ist und dadurch je nach Schwenkrichtung der Schwenkwinkel und das Durchsatzvolumen vergrößerbar und verringerbar ist. Die Schwenkeinrichtung übt dabei auf die Schräg- oder Taumelscheibe ein Drehmoment aus, das dem Drehmoment entgegenwirkt, das die resultierende und gegen die Schräg- oder Taumelscheibe wirksame Kolbenkraft erzeugt.

Bei dieser bekannten Axialkolbenmaschine besteht nicht nur ein großer Bau- und Herstellungsaufwand, weil eine in beide Wirkrichtungen wirksame Schwenkeinrichtung vorzusehen ist, sondern auch ein verhältnismäßig großer Steuerungsaufwand, um die Schrägscheibe z. b. bei Erreichen eines maximalen Drucks oder einer maximalen Leistung durch Ansteuern der Schwenkeinrichtung zurückzuschwenken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß der Bau- und Herstellungsaufwand, der Steuerungsaufwand und der Leistungsaufwand verringert sind.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ist ein Federelement vorgesehen, das ein auf die Schräg- oder Taumelscheibe einwirkendes zweites Drehmoment erzeugt, das dem von der resultierenden Kolbenkraft auf die Schräg- oder Taumelscheibe ausgeübten ersten Drehmoment entgegengesetzt ist. Hierdurch wird eine passive kolbenkraftabhängige und somit druckabhängige Durchsatzvolumeneinstellung erreicht, die selbsttätig funktioniert, so daß auf die Durchsatzvolumeneinstellung nicht durch eine Schwenkeinrichtung eingewirkt zu werden braucht. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Leistungsbegrenzung der Axialkolbenmaschine, wobei die Axialkolbenmaschine so ausgelegt ist, daß sie im Gleichgewichtszustand der Drehmomente etwa ihre maximale Leistung abgibt. Hierdurch werden Überlastungen der Axialkolbenmaschine selbsttätig vermieden.

In den Unteransprüchen sind Merkmale enthalten, die zu kleinen, kostengünstig herstellbaren und funktionssicheren Bauweisen führen, eine Durchsatzvolumeneinstellung und Dämpfungswirkungen im Bereich der Schwenkendstellungen der Schräg- oder Taumelscheibe ermöglichen und die Bedienung bei Einstellungsveränderungen erleichtern.

Nachfolgend werden die Erfindung und weitere durch sie erzielbare Vorteile anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1

die Hauptteile einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine im axialen Schnitt;

Fig. 2

eine Einzelheit der erfindungsmäßen Axialkolbenmaschine in abgewandelter Ausgestaltung; und

Fig. 3

ein Funktionsdiagramm der Axialkolbenmaschine.

In der Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine nur teilweise dargestellt. Die beispielhaft dargestellte Axialkolbenmaschine 1 ist in sogenannter Schrägscheibenbauweise ausgebildet, und sie umfaßt einen Zylinderblock 2, in dem mehrere, auf einem Teilkreis gleichmäßig verteilt angeordnete, etwa axiale Zylinderbohrungen 3 vorgesehen sind. In den Zylinderbohrungen 3 sind Kolben 4 längsbewegbar angeordnet. Die Zylinderbohrungen 3 sind durch Verbindungskanäle 5 mit nierenförmigen Steueröffnungen 6a, 6b in einer Steuerscheibe 7 verbunden, die in einem nur teilweise dargestellten Gehäuse 8 stationär angeordnet ist. Der Zylinderblock 2 ist auf einer nicht dargestellten Triebwelle um seine Längsmittelachse drehbar im Gehäuse 8 gelagert, so daß die Zylinderbohrungen 3 zyklisch mit einer an der zugehörigen Steueröffnung 6a angeschlossenen, nicht dargestellten Niederdruckleitung und einer an der jeweils zugehörigen Steueröffnung 6b angeschlossenen, ebenfalls nicht dargestellten Hochdruckleitung verbunden werden.

Die Kolben 4 sind an der der Steuerscheibe 7 abgewandten Enden gelenkbeweglich an einer Schrägscheibe 9 abgestützt; beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels Gleitschuhen 11, die an einer ebenen Gleitfläche 12 der Schrägscheibe 9 anliegen und jeweils durch eine Kugelgelenkverbindung 13 mit den vorzugsweise als Hohlkolben ausgebildeten Kolben 4 verbunden sind. Die Arbeitsräume der Kolben 4 bzw. deren Kolbenausnehmungen 14 sind durch axiale Verbindungskanäle 15 in den Kolben 4 und damit korrespondierenden axialen Verbindungskanälen 16 in den Gleitschuhen 11 zur hydrostatischen Entlastung mit an den Anlageflächen der Gleitschuhe 11 vorgesehenen Drucktaschen 17 verbunden.

Mit 18 ist eine an sich bekannte Rückzugeinrichtung bezeichnet, die die Gleitschuhe 11 in permanenter Anlage an der Gleitfläche 12 der Schrägscheibe 9 hält. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Rückzugeinrichtung 18 durch eine die Gleitschuhe 11 in an sich bekannter Weise hintergreifende Lochscheibe 19 gebildet, die mit einer zentralen, kugelabschnittförmigen Kalotte 21 auf einem kugelabschnittförmigen Sattel 22, z. B. einem Ring auf der nicht dargestellten Triebwelle, allseitig schwenkbar gelagert ist. Es kann sich um eine Triebwelle handeln, die die Stirnwand 8a des Gehäuses 8 in einem runden Loch 8b durchsetzt und darin z. B. mittels eines Wälzlagers gelagert und abgedichtet ist.

Die Schrägscheibe 9 ist um eine sich quer zur Längsmittelachse 23 der Axialkolbenmaschine 1 erstreckende Schwenkachse 24 in einem nur andeutungsweise dargestellten Schwenklager 25, z. B. mittels zu beiden Seiten der Schrägscheibe 9 angeordneten zylindrischen Schwenkzapfen, zwischen einer Schwenkstellung minimalen Schwenkwinkels W, in der der zwischen der Gleitfläche 12 und der Längsmittelachse 23 eingeschlossene Winkel z. B. annähernd Null ist, und einer Schwenkstellung maximalen Schwenkwinkels W1 schwenkbar gelagert. Dabei ist die Schwenkachse 24 bezüglich der Längsmittelachse 23 des Zylinderblocks 2 um das Maß eK quer versetzt. Die Anordnung ist so getroffen, daß die sich aus der Anzahl der Kolbenkräfte im Bereich eines Druckhubes ergebende resultierende Kolbenkraft Kr bezüglich der Schwenkachse 24 in die Radialrichtung versetzt ist, daß die resultierende Kolbenkraft Kr die Schrägscheibe 9 mit einem Drehmoment M1 beaufschlagt, das die Schrägscheibe 9 in ihre Schwenkstellung minimalen Schwenkwinkels W zu schwenken sucht. Außerdem ist eine elastisch nachgiebig wirksame Rückschwenkvorrichtung 26 vorgesehen, die die Schrägscheibe 9 mit einem Drehmoment M2 beaufschlagt, das dem Drehmoment M1 entgegengesetzt ist. Wirksames Element der Rückschwenkvorrichtung 26 ist eine Feder 27, insbesondere eine Wendelfeder, hier eine Druckfeder, die am Gehäuse 8 abgestützt ist und mit ihrer elastischen Federkraft an der Schrägscheibe 9 angreift. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Feder 27 an der Stirnwand 8a des Gehäuses 8 abgestützt, wobei sie vorzugsweise zwischen der Stirnwand 8a und der Schrägscheibe 9 angeordnet sein kann und dabei vorzugsweise in einer Ausnehmung 28, 29 in der Stirnwand 8a und/oder in der Schrägscheibe 9 mit Bewegungsspiel angeordnet ist. Der radiale Wirkabstand der Versteilvorrichtung 26 von der Schwenkachse 24 ist mit ei bezeichnet und im Ausführungsbeispiel größer als das Versatzmaß eK.

Zur Begrenzung der Ausschwenkbewegung der Schrägscheibe 9 in ihre maximale Ausschwenkstellung und zur Begrenzung der Einschwenkbewegung der Schrägscheibe 9 in ihre minimale Einschwenkstellung ist jeweils ein Schwenkanschlag 31, 32 vorgesehen, der jeweils durch eine Einsteilvorrichtung vorzugsweise einstellbar ist, um eine bestimmte Menge des Durchsatzvolumens in der maximalen und minimalen Schwenkendstellung einstellen zu können. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die verstellbaren Schwenkanschläge 31, 32 durch Einstellschrauben 33 gebildet, die zu beiden Seiten der Längsmittelachse 23 jeweils in einer Gewindebohrung 34 in der Stirnwand 8a eingeschraubt sind, durch ein Schrauben-Angriffselement 35, z. B. einen Schraubenkopf oder einen Schraubenschlitz, drehbar sind und durch ein Sicherungselement, z. B. eine Kontermutter 36, gegen ein unbeabsichtigtes Lösen sicherbar sind. Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, die Einstellschrauben 33 in Gewindelöchern 34 anzuordnen, die sich in etwa axialer Anordnung in der Schrägscheibe 9 und/oder in der Stirnwand 8a befinden, und zwar vorzugsweise jeweils im Endbereich der Schrägscheibe 9. Hierdurch ergibt sich für die ein elastisch nachgiebiges Widerlager bildende Rückschwenkvorrichtung 26 eine Anordnungsstelle zwischen dem Schwenkanschlag 32 für die Minimalstellung der Schrägscheibe 9 und dem Wirkabstand eK der resultierenden Kolbenkraft Kr.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die dem Kolben 4 abgewandte Rückseite 37 der Schrägscheibe 9 keilförmig geformt, wobei die beiden Keilflächen 37a, 37b einen stumpfen Winkel einschließen, der in Richtung auf den Zylinderblock 2 offen ist, wobei die Keilflächen 37a, 37b so angeordnet sind, daß bei Anlage der einen Keilfläche 37a die Schrägscheibe 9 sich in ihrer minimalen Schwenkstellung befindet und bei Anlage der anderen Keilfläche 37b am Schwenkanschlag 31 die Schrägscheibe 9 sich in ihrer maximalen Schwenkstellung befindet. Der Scheitel 38 kann sich zum einen in der Schwenkachse 24 und zum anderen an der Innenseite 8c der Stirnwand 8a befinden. Bei einem Ausführungsbeispiel ohne Einstellschrauben 33 kann die Innenseite 8b der Stirnwand 8a die Schwenkanschläge 31, 32 bilden, nämlich dadurch, daß die Schrägscheibe 9 mit ihren vorzugsweise ebenen Keilflächen 37a, 37b jeweils an der Innenseite 8c anliegen.

Im Funktionsbetrieb der Axialkolbenmaschine 1 wirken die beiden Drehmomente M1 und M2 gegeneinander, wobei im Stillstand und ggf. im niedrigen Lastbereich die Rückschwenkvorrichtung 26 die Schrägscheibe 9 in ihre Schwenkstellung maximalen Schwenkwinkels drückt, weil das Drehmoment M2 größer ist als das Drehmoment M1, das durch die resultierende Kolbenkraft Kr hervorgerufen ist. Bei steigendem Arbeitsdruck der Axialkolbenmaschine 1 vergrößert sich zwar das Drehmoment M1, jedoch verbleibt die Schrägscheibe 9 zunächst in ihrer Schwenkstellung maximalen Schwenkwinkels W1, entsprechend einer in Fig. 3 dargestellten, das Durchsatzvolumen V in Abhängigkeit von dem Arbeitsdruck p darstellenden Kennlinie, die sich zunächst parallel zur Ordinate erstreckt und zwar bis zu einem Arbeitsdruck p1, bei dem das Drehmoment M1 und das Drehmoment M2 sich im Gleichgewicht befinden. Bei weiter steigendem Arbeitsdruck, z. B. bis zum Arbeitsdruck p2, überwiegt zunehmend das Drehmoment M1 das Drehmoment M2, wodurch die Schrägscheibe 9 in Richtung auf ihre minimale Schwenkstellung jeweils so weit verschwenkt wird, bis sich ein Gleichgewicht der Drehmomente M1, M2 einstellt. Wenn der Arbeitsdruck den Wert p2 übersteigt, verbleibt die Schrägscheibe 9 aufgrund ihrer Anlage am Schwenkanschlag 32, so daß das Durchsatzvolumen W auch bei gegebenenfalls steigendem Arbeitsdruck p sich nicht mehr verringert wird, sondern konstant bleibt.

Die maximale Leistung der Axialkolbenmaschine ist in Fig. 3 als strichpunktierte, hyperbolisch gekrümmte Linie N dargestellt. Der Verlauf der Leistungs-Kennlinie N befindet sich zwischen dem minimalen und dem maximalen Arbeitsdruck p1, p2 in der Nähe des in Fig. 3 schräg verlaufenden Abschnitts der Durchsetzungsvolumen-Kennlinie V. Hierdurch wird erreicht, daß die Axialkolbenmaschine nicht überlastet werden kann, indem sich die Kennlinie durch entsprechendes Zurückschwenken unterhalb der maximalen Leistungs-Kennlinie N befindet.

Ein Überschreiten der maximalen Leistungs-Kennlinie N kann durch eine Druckabschneidung durch ein Druckbegrenzungsventil am Grenzdruck p3 verhindert werden.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung ermöglicht eine passive druckabhängige Durchsatzvolumenverstellung und -einstellung, die im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb funktioniert. Dies wird dadurch erreicht, daß eine druckabhängige und durch das jeweilige Gleichgewicht der Drehmomente M1 und M2 vorgegebene Verstellung und Einstellung der Schrägscheibe 9 im Bereich zwischen zwei Schwenkendstellungen, und zwar passiv gegen das elastische Widerlager, hier die Feder 27, stattfindet.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Verstellung prinzipbedingt für eine Verringerung des Schwenkwinkels der Schrägscheibe 9 mit steigendem Arbeitsdruck ausgelegt. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die passive, druckabhängige Verstellung der Schrägscheibe 9 auch für eine Vergrößerung des Schwenkwinkels mit steigendem Arbeitsdruck auszubilden. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel sind der Angriffspunkt der resultierenden Kolbenkraft Kr und der Angriffspunkt des elastischen Widerlagers bzw. der Rückschwenkvorrichtung 26 spiegelbildlich zur Schwenkachse 24 zu versetzen, d. h. zu der Seite hin, auf der die resultierende Kolbenkraft Kr die Schrägscheibe 9 in ihre Schwenkendstellung maximalen Schwenkwinkels W1 beaufschlagt. Bei einer solchen Ausgestaltung ergibt sich die gestrichelt dargestellte Durchsatzvolumen-Kennlinie V1 in Fig. 3.

Es ist vorteilhaft, die Elastizität des elastischen Widerlagers bzw. der Rückstellvorrichtung 26, nämlich die Kraft der Feder 27, einstellbar auszubilden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dient hierzu eine Einstellvorrichtung 39, mit der die Vorspannung der Feder 27 eingestellt werden kann. Es handelt sich um eine Einstellschraube 41 mit einem Drehangriffselement, z. B. einem Querschlitz, die eine einstellbare Begrenzung für die Feder 27 bildet und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in die Ausnehmung 28 in der Stirnwand 8a von außen hineinragt, wobei sie in einem den Grund der Ausnehmung 28 durchsetzenden Gewindeloch 42 eingeschraubt und durch ein Sicherungselement gesichert ist, insbesondere durch eine außen auf die Einstellschraube 41 aufgeschraubte Kontermutter 43.

Durch ein Ein- oder Ausschrauben der Einstellschraube 41 und ein dadurch bedingtes Vergrößern oder Verkleinern der Federspannung, läßt sich der schräge Verlaufsbereich der Kennlinie V in Fig. 3 in Richtung eines größeren oder kleineren Arbeitsdruckes verlagern, d. h. in Fig. 3 nach links oder rechts.

Um insbesondere bei plötzlichen Druckschwankungen ein hartes Anschlagen der Schrägscheibe 9 an den Schwenkanschlägen 31, 32 zu vermeiden, ist es vorteilhaft, den Schwenkanschlägen 31, 32 Dämpfungsmittel zuzuordnen, die jeweils einen harten Anschlag dämpfen. Ein entsprechend wirksames Dämpfungselement 44 kann jeweils an der Schrägscheibe 9 oder an der Stirnwand 8a angeordnet sein. In Fig. 1 ist das Dämpfungselement 44 in der Schrägscheibe 9 integriert. Es ist durch einen Dämpfungszylinder 45 in Form einer etwa axialen Zylinderbohrung 46 gebildet, in der ein Kolben 47 abgedichtet verschiebbar gelagert ist. Der Dämpfungszylinder 45 ist als Sackbohrung ausgebildet, die an der Keilfläche 37a der Schrägscheibe 9 ausmündet. Der Dämpfungskolben 47 ist mittels einer ebenfalls in dem Dämpfungszylinder 42 angeordneten Rückstellfeder 48 in seine Ausschubrichtung und gegen ein stationäres Gegenstück, hier gegen die Stirnwand 8a, vorzugsweise gegen das freie Ende der Einstellschraube 33, vorgespannt. Die Arbeitskammer des Dämpfungszylinders 45 ist über ein Rückschlagventil 49 in einem Zulaufkanal 51 mit dem die Schrägscheibe 9 und den Zylinderblock 2 umgebenden Gehäuseinnenraum 52 verbunden, der z. B. als Leckfluid-Auffangraum dient und entsprechend mit einem Fluid niedrigen Druckes, insbesondere Hydrauliköl, gefüllt ist. Die Arbeitskammer des Dämpfungszylinders 45 ist über ein Drosselelement 53 zusätzlich mit dem Gehäuseinnenraum 52 verbunden. Das Drosselelement 53 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Bohrung mit relativ geringem Querschnitt ausgebildet. Der Zulaufkanal 51 und das Rückschlagventil 49 sind somit parallel zu dem Drosselelement 53 angeordnet.

Wenn die Schrägscheibe 9 in eine der beiden Schwenkendstellungen geschwenkt wird, wird der zugehörige Dämpfungskolben 47 eingeschoben, wobei seine Einschubgeschwindigkeit durch die Größe des Drosselelements 53 bestimmt ist und verzögert ist. Diese Verzögerung bewirkt die angestrebte Dämpfung. In der eingeschobenen Stellung kann der Dämpfungskolben 47 am Grund der Arbeitskammer einen Anschlag finden, wodurch die Einschubbewegung begrenzt und die Anschlagstellung definiert ist.

Dabei ist es im Rahmen der Erfindung möglich, die Zylinderbohrung 46 und den Dämpfungskolben 47 so lang zu bemessen, daß der Dämpfungskolben 47 verhältnismäßig weit aus der Zylinderbohrung 46 herausragen kann und permanent am zugehörigen Schwenkanschlag 31, 32 anliegen kann. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich eine Dämpfungswirkung über den gesamten Schwenkbereich. Dabei ist dann die Kraft der Rückstellfeder 48 in die Drehmomente M1, M2 einzubeziehen, wenn diese Rückstellkraft verhältnismäßig groß ist. Da es für eine Ausschubbewegung des Dämpfungskolbens 47 jeweils nur einer geringer Federkraft bedarf, kann diese Federkraft vernachlässigt werden, wenn sie gering ist.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein Dämpfungselement 44 in der Stirnwand 8a integriert angeordnet, um zu verdeutlichen, daß die Dämpfungselemente 44 sowohl an der Schrägscheibe 9 als auch an der Stirnwand 8a angeordnet sein können. Dabei kann eine Einstellschraube 33 gegenüberliegend in der Schrägscheibe 9 angeordnet sein. Bei dieser Ausgestaltung ist die Einstellschraube 33 bzw. die zugehörige Einstellvorrichtung nur von innen zugänglich und somit vor unbefugtem Zugriff geschützt angeordnet. Dies gilt auch für die Einstellvorrichtung 39 zum Einstellen der Federkraft. Das Dämpfungselement kann selbstverständlich auch baulich mit der Feder 27 kombiniert und z. B. in der Ausnehmung 29 angeordnet sein.