DE102007001794A1

DE102007001794A1 - Hydraulische Kolbenmaschine

Info

Publication number: DE102007001794A1
Application number: DE200710001794
Authority: DE
Inventors: Brian Kane; Thomas Seufert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-01-05
Filing date: 2007-01-05
Publication date: 2008-07-10
Also published as: EP2118485A1; WO2008080444A1; CN101573532A

Abstract

Offenbart ist eine hydraulische Kolbenmaschine mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe, an der eine Vielzahl von Kolben abgestützt ist, die jeweils über einen Gleitschuh gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben geführten Spannfeder gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt, wobei ein Endabschnitt der Spannfeder an zumindest einer Anlageschulter eines in dem Kolben angeordneten Kolbeneinsatzes abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2004 060 954 A1 ist beispielsweise eine Doppeltaumelscheibenmaschine bekannt, bei der in einer feststehenden Trommel eine Vielzahl von Kolben aufgenommen sind, die jeweils paarweise gegenläufig in der Trommel geführt sind und einen gemeinsamen Arbeitsraum begrenzen. Die Axialverschiebung der gegenläufigen Kolben erfolgt über zwei beidseitig der Trommel angeordnete Taumelscheiben, die drehfest mit einer Antriebswelle verbunden sind. Jeder Kolben ist über einen mit einer Durchgangsbohrung versehenen Gleitschuh an der ihm zugeordneten Taumelscheibe abgestützt, wobei die Kolben von einem Kapillarrohr durchsetzt sind, über das Druckmittel zur Gleitfläche des Gleitschuhs geführt ist, so dass dieser hydrostatisch abgestützt wird. Bei dieser bekannten Lösung sind die Kolben über jeweils an den Gleitschuhen angreifende federvorgespannte Rückzugplatten gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt, so dass die Gleitschuhe während des Saughubs nicht von der zugeordneten Taumelscheibe abheben. Die Druckmittelzufuhr zu den Arbeitsräumen erfolgt jeweils durch ein in arbeitsraumseitigen Endabschnitten der Kolben aufgenommenes Saugventil, das jeweils einen Druckraum begrenzt, der über in den Kolbenfuß eingebrachte Schrägbohrungen mit Sauganschlüssen der Axialkolbenmaschine verbunden ist. Zur Druckmittelabfuhr sind zwischen dem Arbeitsraum und einem Druckanschluss radial oder axial in der Kolbentrommel angeordnete Druckventile vorgesehen. Nachteilig bei derartigen Kolbenmaschinen ist, dass die Kolben ein relativ großes Totvolumen aufweisen, das zu einem verschlechterten volumetrischen Wirkungsgrad und erheblichen Geräuschpegel der Axialkolbenmaschine führen kann. Des Weiteren nachteilig ist, dass derartige Kolbenmaschinen aufgrund der federvorgespannten Rückzugplatten fertigungstechnisch äußerst aufwendig sind. Die federvorgespannten Rückzugplatten sind erforderlich, um die Gleitschuhe gegen die Taumelscheiben vorzuspannen und bei einem Saughub der Kolben ein Abheben von den Taumelscheiben zu verhindern.
Zur Verringerung des Totvolumens ist es aus der WO 96/01946 A1 bekannt, Kolbeneinsätze in den Kolben anzuordnen, die an ihrem Außenumfang mit einem schraubenförmig ausgebildeten Druckmittelkanal zur Druckmittelversorgung der Gleitschuhe versehen sind. Bei dieser bekannten Lösung erfolgt die Druckmittelzufuhr und Druckmittelabfuhr über als Schieber ausgeführte Saug- und Druckventile, deren Schieberhülsen an Außenumfang der Kolben im Zylinder oder in der Kolbentrommel geführt sind. Derartige Kolbenmaschinen sind aufgrund der federvorgespannten Rückzugplatten ebenfalls fertigungstechnisch aufwendig.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kolbenmaschine zu schaffen, bei der die hydraulischen Verluste bei minimalem vorrichtungstechnischen Aufwand minimiert sind.
Diese Aufgabe wird durch eine hydraulische Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine hat zumindest eine Schräg- oder Taumelscheibe, an der eine Vielzahl von Kolben abgestützt sind, die jeweils über einen Gleitschuh gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben geführten Spannfeder gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt, wobei ein Endabschnitt der Spannfeder an zumindest einer Anlageschulter eines in dem Kolben angeordneten Kolben einsatzes abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift. Bei dieser Lösung kann aufgrund der innerhalb der Kolben geführten Spannfeder auf federvorgespannte Rückzugplatten zur Vorspannung der Gleitschuhe gegen die Schräg- oder Taumelscheibe verzichtet werden. Die Kolbeneinsätze reduzieren jeweils den Kolbeninnenraum der Kolben und füllen den Innenraum der Spannfeder zumindest abschnittsweise aus, so dass das Totvolumen minimiert ist.
Die Kolbenmaschine hat bei einer erfindungsgemäßen Ausführung gegenläufig bewegbare, einen gemeinsamen Arbeitsraum begrenzende Kolben, die über zumindest eine gemeinsame Spannfeder jeweils mit einem Gleitschuh gegen eine Schräg- oder Taumelscheibe vorgespannt sind, wobei die Endabschnitte der Spannfeder jeweils an einer Anlageschulter eines Kolbeneinsatzes der Kolben abgestützt sind. Beispielsweise ist die Kolbenmaschine als Doppeltaumelscheibenmaschine oder Doppelschrägkolbenmaschine ausgebildet, die vorteilhafterweise in beide Drehrichtungen betrieben werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Anlageschulter jeweils an einem Radialbund des Kolbeneinsatzes ausgebildet, der eine der Anlageschulter gegenüberliegende Stützschulter aufweist, an der ein Endabschnitt jeweils einer zweiten Spannfeder mit gegenüber der ersten Spannfeder verringerter Federkonstante abgestützt ist. Die mittig angeordnete Spannfeder mit der größeren Federkonstante ist für einen ersten Teilhub der Kolben, vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge, wirksam und dann im Wesentlichen entspannt. Die beiden äußeren Spannfedern mit verringerter Federkonstante zentrieren jeweils die Kolbeneinsätze und spannen die Kolben im Bereich des äußeren Totpunkts mit verhältnismäßig geringer Kraft gegen die Schräg- oder Taumelscheibe vor. Die gegenüber der mittleren Spannfeder geringere Kraft der äußeren Spannfedern ist ausreichend, da bei Erreichen des äußeren Totpunkts keine weitere Beschleunigung der Kolben erforderlich ist (v = 0 bei Erreichen des äußeren Tot punkts). Die schwächere Feder ist vorzugsweise erst ab einer Hublänge von 30 bis 50% des Gesamthubs wirksam. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, dass ein Abheben der Kolben von den Schräg- oder Taumelscheiben durch die stärkere Spannfeder verhindert wird, wobei der Federdurchmesser aufgrund der begrenzten Wirklänge der Spannfeder mit großer Federkonstante gegenüber einer die Kolben über die gesamte Hublänge vorspannenden starken Feder verringert ist.
Der Radialbund des Kolbeneinsatzes ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel durch die Kraft der mittleren Spannfeder mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag des Kolbens in Anlage bringbar. Der Anschlag des Kolbens ist vorzugsweise durch einen radial erweiterten Bereich der Innenwandung des Kolbens als Anschlagschulter ausgebildet.
Das Gewicht der Kolbenmaschine lässt sich verringern, wenn zumindest die Kolbeneinsätze, die Kolben und/oder die Gleitschuhe aus verschleißfestem Kunststoff, beispielsweise kohlefaserverstärktem Kunststoff, hergestellt sind. Aufgrund der durch die Gewichtsoptimierung reduzierten Massenträgheit ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine verbessert. Bei einem abschnittsweise hohlgebohrten metallischen Kolben verringern die Kunststoffeinsätze das Totvolumen, ohne dass das Gewicht so groß ist, wie bei einem Vollkolben oder weniger tief gebohrten Kolben.
Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kunststoffbauteile der Kolbenmaschine durch Spritzgießen hergestellt sind. Dadurch ist die mechanische Nacharbeit der Bauteile auf ein Minimum reduziert oder kann entfallen, so dass eine kostengünstige Herstellung der Kolbenmaschine ermöglicht ist.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel überdecken sich die in den gegenläufig verschiebbaren Kolben angeordneten Kolbeneinsätze zumindest abschnittsweise und sind ineinander axialverschiebbar. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Kolbeneinsätze gleitend ineinander geführte Stützvorsprünge (Stützschenkel) aufweisen, die sich zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder durchsetzenden gemeinsamen Stützabschnitt ergänzen. Das heißt, die Kolbeneinsätze führen bei einer Doppelpumpe die Spannfedern auf ihrer ganzen Länge, wobei die Spannfeder durch die Axialverschiebbarkeit der Kolbeneinsätze über die gesamte Hublänge der Kolben geführt ist.
Die Kolbeneinsätze erstrecken sich abschnittsweise in den Arbeitsraum hinein, so dass die Spannfeder auch in diesem Bereich durch die Kolbeneinsätze abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder verhindern ist.
Die Stützvorsprünge weisen vorzugsweise jeweils einen im Wesentlichen kreisausschnittförmigen (kreissektorförmigen) Querschnitt auf. Bei einer bevorzugten Ausführung der Kolbenmaschine sind die Kolbeneinsätze mit jeweils drei um etwa 120° zueinander versetzt angeordneten Stützvorsprüngen versehen. Die Anlageschultern sind vorzugsweise im Bereich der Stützvorsprünge ausgebildet.
Die Kolbeneinsätze weisen vorzugsweise zumindest eine Ausnehmung, insbesondere eine Durchgangsbohrung auf, die einerseits im Arbeitsraum und andererseits in einer Gleitfläche des Gleitschuhs mündet und eine Druckmittelverbindung ausbildet. Über die Ausnehmung ist Druckmittel zur Gleitfläche des Gleitschuhs geführt, so dass dieser hydrostatisch an der Schräg- oder Taumelscheibe abgestützt ist.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine gemäß eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
2 eine Einzeldarstellung eines Kolbeneinsatzes aus 1;
3 eine Draufsicht des Kolbeneinsatzes aus 2;
4 einen Längsschnitt des Kolbeneinsatzes aus 2 und
5 eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels.
In 1 ist eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe 1 ausgebildeten Kolbenmaschine dargestellt. Eine derartige Pumpe 1 besteht im Wesentlichen aus einer in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnete Kolbentrommel 2, die von einer Vielzahl von auf einem gemeinsamen Teilkreis liegenden achsparallelen Zylinderbohrungen 4 durchsetzt ist, die jeweils in den Stirnflächen 6, 8 der Kolbentrommel 2 münden und jeweils zwei gegenläufig bewegbare Kolben 10, 12 aufnehmen. Diese ragen mit einem Kolbenfuß 14, 16 aus der jeweiligen Stirnfläche 6, 8 der Kolbentrommel 2 heraus. Die Kolbenfüße 14, 16 sind kugelig ausgebildet und tragen jeweils einen Gleitschuh 18, 20. Über die Gleitschuhe 18 sind die in 1 aus der linken Stirnfläche 6 der Kolbentrommel 2 vorstehenden Kolben 10 an einer ersten Taumelscheibe 22 und über die Gleitschuhe 20 die aus der rechten Stirnfläche 8 vorstehenden Kolben 12 an einer zweiten Taumelscheibe 24 abgestützt. Die Taumelscheiben 22, 24 sind drehfest mit einer nicht dargestellten Antriebswelle der Pumpe 1 verbunden, die über Axial-/Radiallagerungen im Gehäuse gelagert ist. Bei einer derartigen Konstruktion mit symmetrisch angeordneten Taumelscheiben 22, 24 werden die auftretenden Axialkräfte symmetrisch in die Antriebswelle eingeleitet und von dieser getragen, so dass das Gehäuse und die Lagerung der beweglichen Teile entlastet sind und somit kleiner ausgelegt werden können als es bei einer einfachen Taumelscheibenpumpe mit nur einer Taumelscheibe der Fall ist. Von den einander zuweisenden Endabschnitten der jeweils in einer Zylinderbohrung 4 aufgenommenen Kolben, wobei diese im Bereich ihres inneren Totpunkts dargestellt sind, wird ein sich durch die gegenläufige Kolbenbewegung während des Saughubs vergrößernder und während des Druckhubs verkleinernder Arbeitsraum 28 in Axialrichtung begrenzt, in den Druckmittel über einen Sauganschluss zuführbar und aus dem Druckmittel über einen Druckanschluss abführbar ist (nicht dargestellt). Jeder Kolben 10, 12 hat einen etwa zylinderförmigen Kolbenmantel 26, 30, der über eine Einschnürung 32, 34 in den kugelförmigen Kolbenfuß 14, 16 übergeht. Dieser steht in kugelgelenkartigem Eingriff mit dem zugeordneten Gleitschuh 18, 20, der seinerseits mit seiner Gleitfläche 36, 38 an einer Stirnfläche 40, 42 der Taumelscheibe 22, 24 anliegt.
Die Kolben 10, 12 sind durch die Kraft einer abschnittsweise innerhalb der Kolben 10, 12 geführten Spannfeder 44 gegen die Taumelscheiben 22, 24 vorgespannt, so dass die Gleitschuhe 18, 20 während des Saughubs nicht von der zugeordneten Taumelscheibe 22, 24 abheben, wobei Endabschnitte 46, 48 der Spannfeder 44 an Anlageschultern 50, 52 eines jeweils in den Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsatzes 54, 56 abgestützt sind und diesen abschnittsweise umgreifen. Die Kolbeneinsätze 54, 56 reduzieren den Kolbeninnenraum der Kolben 10, 12 und füllen den Innenraum der Spannfeder 44 aus, so dass das Totvolumen minimiert und eine erhebliche Wirkungsgradverbesserung und Geräuschreduzierung erreicht wird. Aufgrund der Spannfeder 44 kann auf federvorgespannte Rückzugplatten zur Vorspannung der Gleitschuhe 18, 20 gegen die Taumelscheiben 22, 24 verzichtet werden. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Pumpe 1, wobei die Gleitschuhe 18, 20 frei gestaltet werden können. Die Kolbeneinsätze 54, 56 sind mit einer eine Druckmittelverbindung ausbildenden Durchgangsbohrung 58 versehen, die einerseits im Arbeitsraum 28 und andererseits über eine Verbindungsbohrung 60, eine trichterförmige Erweiterung 62 der Kolben 10, 12 und eine Kapillar bohrung 63 des Gleitschuhs 18, 20 in der Gleitfläche 36, 38 des Gleitschuhs 18, 20 mündet. Die trichterförmige Erweiterung 62 ist erforderlich, um die Druckmittelverbindung zur Gleitfläche 36, 38 auch während einer Relativverschwenkung zwischen Gleitschuh 18, 20 und Kolben 10, 12 aufrechtzuerhalten. Über die Druckmittelverbindung ist Druckmittel zur Gleitfläche 36, 38 des Gleitschuhs 18, 20 geführt, so dass dieser hydrostatisch an der Taumelscheibe 22, 24 abgestützt ist.
Eine Besonderheit der beschriebenen Lösung besteht darin, dass zumindest die Kolbeneinsätze 54, 56, die Kolben 10, 12 und auch die Gleitschuhe 18, 20 aus verschleißfestem Kunststoff, beispielsweise kohlefaserverstärktem PEEK oder POM, hergestellt sind, so dass die Doppeltaumelscheibenpumpe 1 mit minimalem Gewicht und minimalen bewegten Massen ausgeführt ist. Aufgrund der durch die Gewichtsoptimierung reduzierten Massenträgheit ist der Wirkungsgrad der Kolbenmaschine 1 verbessert. Bei einer Kolbenmaschine mit metallischen Kolben kann aufgrund der Kolbeneinsätze aus Kunststoff ebenfalls eine erhebliche Gewichtsreduktion erreicht werden. Als fertigungstechnisch besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Kunststoffbauteile der Kolbenmaschine 1 durch Spritzgießen hergestellt werden. Dadurch ist die mechanische Nacharbeit der Bauteile auf ein Minimum reduziert oder kann entfallen, so dass eine kostengünstige Herstellung der Kolbenmaschine 1 ermöglicht ist. Die in den gegenläufig verschiebbaren Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsätze 54, 56 sind abschnittsweise ineinander axialverschiebbar, so dass die Spannfedern 44 über die gesamte Hublänge der Kolben 10, 12 geführt sind. Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Kolbeneinsätze 54, 56 gleitend ineinander geführte Stützvorsprünge 64, 66, 68 (siehe 2) aufweisen, die sich zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder 44 durchsetzenden Stützabschnitt 70 ergänzen. Die Spannfeder 44 ist entlang einer Innenwandung 72 des Kolbenmantels 26, 30 der Kolben 10, 12 und dem Stützabschnitt 70 der Kolbeneinsätze 54, 56 geführt. Diese erstrecken sich in den Arbeitsraum 28 hinein, so dass die Spannfeder 44 auch in diesem Bereich durch die Kolbeneinsätze 54, 56 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Gemäß 2, die eine Einzeldarstellung des Kolbeneinsatzes 54 aus 1 zeigt, weisen diese ein abschnittsweise zylinderförmiges Fußteil 74 auf, das einen an die Kolbeninnenwandung 72 (siehe 1) angepassten kegelförmigen Endabschnitt 76 hat. Der Kolbeneinsatz 54 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel arbeitsraumseitig mit drei Stützvorsprüngen 64, 66, 68 versehen, die sich gemäß 1 mit den Stützvorsprüngen 64, 66, 68 des gegenüberliegenden Kolbeneinsatzes 56 zu dem im Wesentlichen zylinderförmigen Stützabschnitt 70 ergänzen. Die Stützvorsprünge 64, 66, 68 sind jeweils mit einer Anlageschulter 50 versehen, an der die Spannfeder 44 (siehe 1) abgestützt ist (die Kolbeneinsätze 56 der anderen Seite sind identisch aufgebaut, so dass auf eine eigene Beschreibung verzichtet wird). Das heißt, die Kolbeneinsätze 54, 56 überdecken einander abschnittsweise, so dass die Spannfeder 44 auf ihrer gesamten Länge durch die Kolbeneinsätze 54, 56 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Wie 3 zu entnehmen ist, die eine Draufsicht des Kolbeneinsatzes 54 aus 2 zeigt, sind die Stützvorsprünge 64, 66, 68 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um jeweils etwa 120° zueinander versetzt angeordnet und weisen einen etwa kreisausschnittförmigen (kreissektorförmigen) Querschnitt auf. Der Öffnungswinkel α der Stützvorsprünge 64, 66, 68 ist hierbei etwas geringer gewählt als der Öffnungswinkel β benachbarter Ausnehmungen 78, 80, 82, so dass die Kolbeneinsätze 54, 56 mit geringem Spiel gleitend ineinander axialverschiebbar sind.
Gemäß 4, die einen Längsschnitt des Kolbeneinsatzes 54 aus 2 zeigt, sind die Anlageschultern 50 für die Spannfeder 44 im Bereich der Stützvorsprünge 64, 66, 68 ausgebildet. Um die Montage der Spannfeder 44 zu erleichtern, sind die Stützvorsprünge 64, 66, 68 jeweils mit einer außenliegenden Einführschräge 84 versehen.
In 5 ist eine Teildarstellung einer als Doppeltaumelscheibenpumpe ausgebildeten Kolbenmaschine 1 gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels gezeigt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass die Anlageschultern 50, 52 der Spannfeder 44 jeweils an einem Radialbund 86 des Kolbeneinsatzes 88, 90 ausgebildet ist, der jeweils eine den Anlageschultern 50, 52 gegenüberliegende Stützschulter 92, 94 aufweist, an der ein Endabschnitt 96, 98 jeweils einer zweiten Spannfeder 100 mit gegenüber der ersten Spannfeder 44 wesentlich verringerter Federkonstante abgestützt ist. Die beiden Spannfedern 100 sind koaxial zu der mittigen Spannfeder 44 angeordnet und greifen jeweils an dem Grund der Kolben 10, 12 an. Der Radialbund 86 des Kolbeneinsatzes 88, 90 ist im dargestellten Bereich des inneren Totpunkts der Kolben 10, 12 durch die Kraft der Spannfeder 44 mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag 102 des Kolbens 10, 12 in Anlage gebracht. Der Anschlag 102 des Kolbens 10, 12 ist durch einen radial erweiterten Bereich der Innenwandung 72 des Kolbens 10, 12 als Anschlagschulter ausgebildet. Der Stützabschnitt 70 des Kolbeneinsatzes 88, 90 hat einen im Bereich der stärkeren Spannfeder 44 entsprechend größeren Außendurchmesser. Der Anschlag 102 ist für die Funktion der erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 jedoch nicht zwingend erforderlich. Die mittig angeordnete Spannfeder 44 mit größerer Federkonstante ist für einen ersten Teilhub der Kolben 10, 12 im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge wirksam und dann entspannt. Die Spannfedern 100 mit verringerter Federkonstante zentrieren jeweils die Kolbeneinsätze 88, 90 und spannen die Kolben 10, 12 im Bereich des äußeren Totpunkts mit verhältnismäßig geringer Kraft gegen die Taumelscheiben 22, 24 vor. Die gegenüber der Spannfeder 44 mit großer Federkonstante geringere Kraft der Spannfedern 100 ist ausreichend, da bei Erreichen des äußeren Totpunkts keine weitere Beschleunigung der Kolben 10, 12 erforderlich ist (v = 0 bei Erreichen des äußeren Totpunkts). Die schwächeren Spannfedern 100 sind erst ab einer Hublänge von 30 bis 50% des Gesamthubs bei entspannter Spannfeder 44 wirksam. Vorteilhaft bei dieser Variante ist, dass ein Abheben der Kolben 10, 12 von den Taumelscheiben 22, 24 durch die stärkere Spannfeder 44 verhindert wird, wobei der Federdurchmesser aufgrund der begrenzten Wirklänge der Spannfeder 44 mit großer Federkonstante gegenüber einer die Kolben 10, 12 über die gesamte Hublänge vorspannenden starken Feder verringert ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es ebenfalls möglich, die Kolbeneinsätze 88, 90 derart auszubilden, dass diese einander abschnittsweise überdecken, so dass die Spannfeder 44 auf ihrer gesamten Länge durch die Kolbeneinsätze 88, 90 abgestützt und ein Ausknicken der Spannfeder 44 verhindern ist.
Die erfindungsgemäße Kolbenmaschine 1 ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr kann die Arbeitsmaschine 1 als Einscheibentaumel- oder Schrägscheibenpumpe ausgeführt werden, wobei in der Kolbentrommel 2 nur die Kolben 10 axialverschiebbar geführt sind und über die Gleitschuhe 18 an der einzigen Taumel- oder Schrägscheibe 22 anliegen. Bei einer derartigen Lösung wird das Gehäuse einseitig mit Druckkräften beaufschlagt, Vorteil ist jedoch, dass die Pumpe in Axialrichtung kürzer baut.
Offenbart ist eine hydraulische Kolbenmaschine 1 mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe 22, 24, an der eine Vielzahl von Kolben 10, 12 abgestützt sind, die jeweils über einen Gleitschuh 18, 20 gegen die Schräg- oder Taumelscheibe 22, 24 vorgespannt sind. Erfindungsgemäß sind die Kolben 10, 12 durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben 10, 12 geführten Spannfeder 44, 100 gegen die Schräg- oder Taumelscheibe 22, 24 vorgespannt, wobei ein Endabschnitt 46, 48 der Spannfeder 44 an zumindest einer Anlageschulter 50, 52 eines in dem Kolben 10, 12 angeordneten Kolbeneinsatzes 54, 56, 88, 90 abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.

1: Kolbenmaschine
2: Kolbentrommel
4: Zylinderbohrung
6: Stirnfläche
8: Stirnfläche
10: Kolben
12: Kolben
14: Kolbenfuß
16: Kolbenfuß
18: Gleitschuh
20: Gleitschuh
22: Taumelscheibe
24: Taumelscheibe
26: Kolbenmantel
28: Arbeitsraum
30: Kolbenmantel
32: Einschnürung
34: Einschnürung
36: Gleitfläche
38: Gleitfläche
40: Stirnfläche
42: Stirnfläche
44: Spannfeder
46: Endabschnitt
48: Endabschnitt
50: Anlageschulter
52: Anlageschulter
54: Kolbeneinsatz
56: Kolbeneinsatz
58: Durchgangsbohrung
60: Verbindungsbohrung
62: Erweiterung
63: Kapillarbohrung
64: Stützvorsprung
66: Stützvorsprung
68: Stützvorsprung
70: Stützvorsprung
72: Innenwandung
74: Fußteil
76: Endabschnitt
78: Ausnehmung
80: Ausnehmung
82: Ausnehmung
84: Einführschräge
86: Radialbund
88: Kolbeneinsatz
90: Kolbeneinsatz
92: Stützschulter
94: Stützschulter
96: Endabschnitt
98: Endabschnitt
100: Spannfeder
102: Anschlag

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004060954 A1 [0002]
- WO 96/01946 A1 [0003]

Claims

Hydraulische Kolbenmaschine mit zumindest einer Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24), an der eine Vielzahl von Kolben (10, 12) abgestützt sind, die einen Arbeitsraum (28) begrenzen, wobei die Kolben (10, 12) jeweils über einen Gleitschuh (18, 20) gegen die Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (10, 12) durch die Kraft zumindest einer abschnittsweise innerhalb der Kolben (10, 12) geführten Spannfeder (44, 100) gegen die Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind, wobei ein Endabschnitt (46, 48) der Spannfeder (44) an zumindest einer Anlageschulter (50, 52) eines in dem Kolben (10, 12) angeordneten Kolbeneinsatzes (54, 56, 88, 90) abgestützt ist und diesen zumindest abschnittsweise umgreift.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 1, wobei zumindest die Kolbeneinsätze (54, 56, 88, 90), die Kolben (10, 12) und/oder die Gleitschuhe (18, 20) aus Kunststoff, insbesondere aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, mit gegenläufig bewegbaren, einen gemeinsamen Arbeitsraum (28) begrenzenden Kolben (10, 12), wobei die Kolben (10, 12) über zumindest eine gemeinsame Spannfeder (44) jeweils mit einem Gleitschuh (18, 20) gegen eine Schräg- oder Taumelscheibe (22, 24) vorgespannt sind.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 3, wobei jeweils ein Endabschnitt (46, 48) der Spannfeder (44) an einer Anlageschulter (50, 52) des Kolbeneinsatzes (54, 56, 88, 90) der gegenläufig bewegbaren Kolben (10, 12) abgestützt ist.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 4, wobei die Anlageschulter (50, 52) an einem Radialbund (86) des Kolbeneinsatzes (88, 90) ausgebildet ist, der eine der Anlageschulter (50, 52) gegenüberliegende Stützschulter (92, 94) aufweist, an der jeweils ein Endabschnitt (96, 98) zumindest einer zweiten Spannfeder (100) mit gegenüber der ersten Spannfeder (44) verringerter Federkonstante abgestützt ist.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 5, wobei der Radialbund (86) des Kolbeneinsatzes (88, 90) durch die Kraft der Spannfeder (44) mit größerer Federkonstante mit einem Anschlag (102) des Kolbens (10, 12) in Anlage bringbar ist.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Spannfeder (44) mit der größeren Federkonstante für einen ersten Teilhub der Kolben (10, 12), vorzugsweise im Bereich von etwa 30 bis 50% der Gesamthublänge, wirksam ist.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) einander zumindest abschnittsweise überdecken.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei sich Stützvorsprünge (64, 66, 68) der Kolbeneinsätze (54, 56) zu einem im Wesentlichen zylinderförmigen, die Spannfeder (44) durchsetzenden Stützabschnitt (70) ergänzen.
Hydraulische Kolbenmaschine nach Anspruch 9, wobei die Stützvorsprünge (64, 66, 68) jeweils einen im Wesentlichen kreissegmentförmigen Querschnitt aufweisen.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) jeweils drei um jeweils etwa 120° zueinander versetzt angeordnete Stützvorsprünge (64, 66, 68) aufweisen.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Anlageschultern (50, 52) im Bereich der Stützvorsprünge (64, 66, 68) ausgebildet sind.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kolbeneinsätze (54, 56) zumindest eine eine Druckmittelverbindung ausbildende Ausnehmung (58), insbesondere eine Durchgangsbohrung aufweisen.
Hydraulische Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Kolbeneinsätze (54, 56) abschnittsweise in den Arbeitsraum (28) erstrecken.
Kolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die im Anspruch 2 genannten Bauteile (54, 56, 10, 12, 18, 20) durch Spritzgießen hergestellt sind.