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Title:
AXIAL PISTON MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/078812
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed is an axial piston machine (100) for operation as a pump and/or motor, comprising a housing (10), a connection plate (20) connected to the housing (10), and a piston drum (30) that is arranged on a rotatable drive shaft (40) in the interior (15) of the housing; inside at least one cylinder bore (31) formed in the piston drum (30), a working piston (32) is disposed in a longitudinally movable manner and thereby delimits, along with the cylinder bore (31), a cylinder chamber (31) having an adjustable volume. The cylinder chamber (31) can be connected to at least one pre-compression chamber (50) via at least one hydraulic connection (22); said at least one pre-compression chamber (50) is formed by a cavity (120) within the connection plate (20), and the cavity (120) is formed by the connection plate (20) and a closing means (90) that is located between the connection plate (20) and the interior (15) of the housing.

Inventors:
MERZ, Armin (Brunnenstrasse 46, Weinstadt, 71384, DE)
MAIER, Eberhard (Plochinger Str. 3/1, Koengen, 73257, DE)
VAHLE, Dirk (Thomastr. 7, Eberdingen, 71735, DE)
BRUSSET, Francois (Werastrasse 85, Stuttgart, 70190, DE)
Application Number:
EP2015/072414
Publication Date:
May 26, 2016
Filing Date:
September 29, 2015
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
F04B11/00; F04B1/20
Foreign References:
DE19706114C52013-07-18
DE102012218879A12013-05-16
DE2850803A11980-07-03
DE19706114C52013-07-18
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Claims:
Patentansprüche

1. Axialkolbenmaschine (100) für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit einem Gehäuse (10), einer mit dem Gehäuse (10) verbundenen Anschlußplatte (20) und einer im Gehäuseinnenraum (15) auf einer rotierbaren Triebwelle (40) angeordneten Kolbentrommel (30), wobei in der Kolbentrommel (30) mindestens eine Zylinderbohrung (31) ausgebildet ist, in der ein Arbeitskolben (32) längsverschiebbar angeordnet ist und dadurch mit der Zylinderbohrung (31) einen volumenveränderbaren Zylinderraum (31) begrenzt, wobei der Zylinderraum (31) über mindestens eine hydraulische Verbindung (22) mit mindestens einem Vorkompressionsraum (50) verbindbar ist, wobei der mindestens eine Vorkompressionsraum (50) durch einen Hohlraum (120) innerhalb der Anschlußplatte (20) ausgebildet und der Hohlraum (120) durch die Anschlußplatte (20) und ein Verschlussmittel (90) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass

das Verschlussmittel (90) zwischen der Anschlußplatte (20) und dem

Gehäuseinnenraum (15) angeordnet ist.

2. Axialkolbenmaschine (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

das Verschlussmittel (90) und die Anschlußplatte (20) eine Kontaktfläche (150) zueinander aufweisen.

3. Axialkolbenmaschine (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

das Verschlussmittel (90) und die Anschlußplatte (20) direkt in Kontakt stehen.

4. Axialkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

das Verschlussmittel (90) eine Schraube ist.

5. Axialkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

in der Anschlußplatte (20) pro Vorkompressionsraum (50) eine hydraulische Verbindung (22) zu einer Verteilerplatte (70) ausgebildet ist.

6. Axialkolbenmaschine (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

der Vorkompressionsraum (50) ein Vorkompressionsvolumen zur Reduzierung einer hydraulischen Pulsation der Axialkolbenmaschine (100) bildet.

Description:
Beschreibung

Axialkolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

In Axialkolbenmaschinen ist mindestens ein Arbeitskolben in einer Zylinderbohrung einer Kolbentrommel längsverschiebbar gelagert und bildet mit der Zylinderbohrung einen Zylinderraum aus. Der Zylinderraum wird durch die Längsbewegung des Arbeitskolbens abwechselnd komprimiert und entspannt und entsprechend abwechselnd mit einem Hochruckspeicher und einem Niederdruckspeicher verbunden. Beim Umsteuern von der Niederdruckspeicheranbindung zur Hochdruckspeicheranbindung treten Pulsationen auf, die eine starke Geräuschbildung zur Folge haben können. Um dem entgegenzuwirken, werden sogenannte Vorkompressionsvolumen eingesetzt, die durch Vorkompressionsräume gebildet werden.

Axialkolbenmaschinen mit Vorkompressionsräumen, bzw. -zonen sind aus dem Stand der Technik, wie zum Beispiel aus der DE 197 06 114 C5 bekannt. Dabei wird ein Vorkompressionsvolumen bzw. ein Speicherelement in einen Steuerspiegel bzw. in eine Anschlussplatte der Axialkolbenmaschine integriert. Das aus dem Stand der Technik bekannte Vorkompressionsvolumen kann zusätzlich über Ventilvorrichtungen gesteuert werden.

Die bekannten Vorkompressionsräume werden außerhalb des Gehäuses der Axialkolbenmaschinen abgedichtet, bzw. verschlossen, was zusätzlichen

Bauraum erfordert. Im Hinblick auf Pkw- Anwendungen spielt der Bauraum bei Axialkolbenmaschinen eine immer gewichtigere Rolle. Zudem stellt die Abdichtung der Vorkompressionsräume aufgrund der Pulsation eine technische Herausforderung dar.

Die Aufgabe der Erfindung ist die Reduzierung des Bauraumes zur Schaffung von Vorkompressionsräumen.

Offenbarung der Erfindung

Die Aufgabe wird hinsichtlich der Axialkolbenmaschine durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb weist ein Gehäuse, eine mit dem Gehäuse verbundenen Anschlußplatte und einen im Gehäuseinnenraum auf einer rotierbaren Triebwelle angeordnete Kolbentrommel auf, wobei in der Kolbentrommel mindestens eine Zylinderbohrung ausgebildet ist, in der ein Arbeitskolben längsverschiebbar angeordnet ist und dadurch mit der Zylinderbohrung einen volumenveränderbaren Zylinderraum begrenzt, wobei der Zylinderraum über mindestens eine hydraulische Verbindung mit mindestens einem Vorkompressionsraum verbindbar ist. Der mindestens eine Vorkompressionsraum ist durch einen Hohlraum innerhalb der Anschlußplatte ausgebildet und der Hohlraum ist durch die Anschlußplatte und ein Verschlussmittel gebildet, wobei das Verschlussmittel zwischen der Anschlußplatte und dem Gehäuseinnenraum angeordnet ist.

Durch die Anordnung des Vorkompressionsraums in der Anschlußplatte werden potenzielle Geräuschquellen ins Innere der Axialkolbenmaschine verlagert und damit eine Geräuschemission nach außen minimiert.

Die erfindungsgemäße Anordnung des Verschlussmittels zwischen der Anschlußplatte und dem Gehäuseinnenraum sorgt in vorteilhafter Weise für eine kompakte Bauweise der Axialkolbenmaschine. Zudem kann auf eine Dichtung zwischen dem Verschlussmittel und der Anschlußplatte verzichtet werden, da durch die Anordnung des Verschlussmittels eine Leckage in den Gehäuseinnenraum abgeführt wird.

Von Vorteil ist zudem, dass pro Vorkompressionsraum nur ein Verschlussmittel benötigt wird.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorkompressionsräume in der Anschlußplatte wird die Anbindung an eine Verteilerplatte vereinfacht. Der Hohlraum in der Anschlußplatte wird bevorzugt durch ein Fräsverfahren hergestellt. Dadurch ergeben sich Oberflächen von besserer Güte als Oberflächen, die durch Gussverfahren hergestellt werden. Dies sorgt für eine Verbesserung der Druckfestigkeit der Anschlußplatte was bei den auftretenden Betriebsdrücken der Axialkolbenma- schine für eine längere Lebensdauer, bzw. für den Einsatz von weniger Material und somit zu geringeren Kosten führt.

Zudem können die Hohlräume bei einer Herstellung durch ein Gussverfahren in den Basiskern integriert werden, was die Herstellung vereinfacht, die Reinigung des Rohteils günstiger macht und Gewicht des fertigen Bauteils einspart.

Ferner ist durch die Herstellung der Vorkompressionsräume mittels Fräsverfahren die Positionierung der Hohlräume in der Anschlußplatte einfacher.

In einer vorteilhaften Ausführung weisen das Verschlussmittel und die Anschlußplatte eine Kontaktfläche zueinander auf. Durch die Kontaktfläche wird der Hohlraum im Vorkompressionsraum gegenüber dem Gehäuseinnenraum der Axialkolbenmaschine derart verschlossen, dass eine ausreichende Dichtheit hergestellt ist, so dass die Funktion des Vorkompressionsraums erfüllt wird und bei Bedarf eine Leckagemenge des Arbeitsfluids aus dem Vorkompressionsraum in den Gehäuseinnenraum gelangt.

Ferner stehen in einer Ausführung das Verschlussmittel und die Anschlußplatte direkt in Kontakt, wodurch auf Dichtmittel zwischen den Bauteilen verzichtet werden kann. Dies spart Material und Kosten.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verschlussmittel eine Schraube. Dadurch kann in einfacher Weise der Hohlraum des Vorkompressionsraums verschlossen werden. Eine Schraube lässt sich durch bekannte Montageverfahren in der Anschlußplatte einbringen.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Anschlußplatte pro Vorkompressionsraum eine hydraulische Verbindung zu einer Verteilerplatte ausgebildet ist.

Dadurch entfällt ein aufwändiger anderweitiger hydraulischer Anschluss des Vorkompressionsraums an den zuschaltbaren Zylinderraum. Ferner können durch den Einsatz von einer Anschlußplatte und einer Verteilerplatte die jeweiligen Werkstoffe bestmöglich für ihre Funktionen ausgewählt werden. Der Werkstoff der Verteilerplatte sollte dabei in erster Linie hinsichtlich der tribologischen Bedingungen des Zusammenwirkens von Kolbentrommel und Verteilerplatte ausgewählt werden. Der Werkstoff der Anschlussplatte sollte gut spanbar sein bei gleichzeitig hoher gewichtsbezogener Festigkeit.

In einer Weiterbildung der Erfindung bildet der Vorkompressionsraum ein Vorkompressionsvolumen zur Reduzierung einer hydraulischen Pulsation der Axialkolbenmaschine.

Die Reduzierung der hydraulischen Pulsation der Axialkolbenmaschine wirkt sich positiv auf die Geräuscheigenschaften aus, was für die Anwendung im mobilen Bereich, insbesondere für den Einsatz von Axialkolbenmaschinen in einem Kraftfahrzeug von Vorteil ist.

Zeichnungen

Es zeigt:

Fig. 1: eine Ausführung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig.l zeigt eine Axialkolbenmaschine 100 für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb im Längsschnitt, wobei nur eine Hälfte gezeigt ist, mit einem Gehäuse 10, das mit einer Anschlussplatte 20 verschraubt ist. Im Gehäuse 10 und in der Anschlussplatte 20 ist eine rotierbare Triebwelle 40 gelagert. Auf der Triebwelle 40 ist eine im Wesentlichen zylinderförmige Kolbentrommel 30 so angeordnet, dass sie dieselben Rotationsbewegung ausführt wie die Triebwelle 40. Typischerweise erfolgt die Verbindung von Triebwelle 40 und Kolbentrommel 30 über eine nichtdargestellte Verzahnung.

In der Kolbentrommel 30 sind mindestens eine, vorzugsweise jedoch sieben bis elf, Zylinderbohrungen 31 achsparallel ausgebildet. In jeder Zylinderbohrung 31 ist ein Arbeitskolben 32 längsverschiebbar angeordnet und begrenzt dadurch mit der Zylinder- bohrung 31 einen volumenveränderbaren Zylinderraum 31. Dementsprechend gibt es ebenso viele Arbeitskolben 32 und Zylinderräume 31 wie Zylinderbohrungen 31.

Im Gehäuse 10 ist eine Schwenkwiege 60 nicht rotierbar angeordnet. Die Schwenkwiege 60 ist durch eine nicht dargestellte Lagerung schwenkbar gelagert, so dass sie mit Hilfe mindestens einer, vorzugsweise jedoch zwei nicht dargestellten Verstellereinheiten gegenüber der Triebwelle 40 in einen Verstellwinkel D größer oder kleiner 90° gebracht werden kann. Beträgt der Verstellwinkel D genau 90°, dann befindet sich die Axialkolbenmaschine 100 im Leerlauf.

Auf der Schwenkwiege 60 können Gleitschuhe 62 abgleiten, in denen die Arbeitskolben 32 durch ein Kugelgelenk gelagert sind; d.h. die Anzahl der Gleitschuhe 62 ist gleich der Anzahl der Arbeitskolben 32. Die Gleitschuhe 62 werden über eine nicht dargestellte Vorrichtung auf der Schwenkwiege 60 niedergehalten, so dass es zu einer ständigen Übertragung von Druckkräften zwischen Schwenkwiege 60 und Arbeitskolben 32 kommt.

Zwischen der rotierbaren Kolbentrommel 30 und der Anschlussplatte 20 ist eine Verteilerplatte 70 angeordnet und fest mit der Anschlussplatte 20 verbunden, so dass die Kolbentrommel mit einer Stirnfläche auf der Verteilerplatte 70 rotiert bzw. auf einem dynamischen Schmierfilm, der im Betrieb zwischen den beiden Bauteilen ausgebildet wird. In der Verteilerplatte 70 ist eine Füllbohrung 75 ausgebildet, die hydraulisch mit einer in der Anschlußplatte 20 ausgebildeten hydraulischen Verbindung 22 verbunden ist, wobei die hydraulische Verbindung 22 in einen Vorkompressionsraum 50 mündet. Die hydraulische Verbindung 22 ist in der skizzierten Ausführung als Verbindungsbohrung, bzw. Durchgangsbohrung gestaltet. Die hydraulische Verbindung 22 kann alternativ und je nach geometrischer Ausführung des Vorkompressionsraumes 50 auch durch andere Fertigungsverfahren hergestellt werden, zum Beispiel Gießen.

Der Vorkompressionsraum 50 ist durch einen Hohlraum 120 innerhalb der Anschlußplatte 20 ausgebildet und der Hohlraum 120 ist durch die Anschlußplatte 20 und ein Verschlussmittel 90 gebildet, wobei das Verschlussmittel 90 zwischen der Anschlußplatte 20 und dem Gehäuseinnenraum 15 angeordnet ist.

Das Verschlussmittel 90 ist durch eine Schraube ausgeführt und diese weist eine Kontaktfläche 150 zur Anschlußplatte 20 auf. Die Kontaktfläche 150 bildet sich aus einer in den Gehäuseinnenraum 15 zeigende Oberfläche 220 der Anschlußplatte 20 und einer Auflagefläche 190 des Schraubenkopfes auf der Oberfläche 220 der Anschlußplatte 20. Im eingeschraubten Zustand bildet sich der Kontakt aus.

Eine im Vorkompressionsraum 50 ausgebildete Oberfläche 250 ist durch ein Fräsverfahren bearbeitet und weist ein Innengewinde zur Aufnahme der Schraube auf.

Die Anzahl und die Größe der Vorkompressionsräume 50 sind abhängig von der jeweiligen Anwendung und vom zur Verfügung stehenden Bauraum im Gehäuse 10 und in der Anschlußplatte 20.

In der Verteilerplatte 70 sind weiterhin mindestens eine Niederdruckniere 71 und mindestens eine Hochdruckniere 72 ausgebildet. Diese sind mit einer Saugniere 81 bzw. mit einer Druckniere 82 verbunden, die beide in der Anschlussplatte 20 ausgebildet sind. Die Saugniere 81 mündet in eine nicht dargestellte Niederdruckbohrung und die Druckniere 82 in eine nicht dargestellte Hochdruckbohrung, die ebenfalls beide in der Anschlussplatte 20 ausgebildet sind. An dem der Verteilerplatte 70 gegenüberliegendem Ende weist die Anschlußplatte 20 einen nicht dargestellten Niederdruckanschluss und einen nicht dargestellten Hochdruckanschluss auf. Der Niederdruckanschluss verbindet die Niederdruckbohrung mit einem nicht dargestellten Niederdruckspeicher und der Hochdruckanschluss verbindet die Hochdruckbohrung mit einem nicht dargestellten Hochdruckspeicher.

Somit werden in Abhängigkeit der Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 verschiedene hydraulische Verbindungen eines Zylinderraums 31 angesteuert:

In einer ersten Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 ist eine erste hydraulische Verbindung vom Zylinderraum 31 über die Füllbohrung 75, und die Verbindungsbohrung 22 in den Vorkompressionsraum 50 geöffnet, insbesondere dem Niederdruck-Vorkompressionsraum.

Anschließend ist in einer zweiten Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 eine zweite hydraulische Verbindung vom Zylinderraum 31 über die mindestens eine Niederdruckniere 71 zur Niederdruckbohrung und damit zum Niederdruckspeicher geöffnet, wobei gleichzeitig die erste hydraulische Verbindung zum Niederdruck- Vorkompressionsraum besteht. Anschließend ist in einer dritten Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 die zweite hydraulische Verbindung alleine geöffnet.

Bevor der Zylinderraum 31 eine hydraulische Verbindung mit der Hochdruckniere 72 herstellt, ist in einer vierten Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 eine dritte hydraulische Verbindung vom Zylinderraum 31 über die Füllbohrung 75, und die Verbindungsbohrung 22 in den Vorkompressionsraum 50, insbesondere den Hochdruck- Vorkompressionsraum geöffnet.

Anschließend ist in einer fünften Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 eine vierte hydraulische Verbindung vom Zylinderraum 31 über die mindestens eine Hochdruckniere 72 zur Hochdruckbohrung und damit zum Hochdruckspeicher geöffnet, wobei gleichzeitig die dritte hydraulische Verbindung zum Hochdruck- Vorkompressionsraum besteht.

Anschließend ist in einer sechsten Drehwinkelstellung der Triebwelle 40 die vierte hydraulische Verbindung vom Zylinderraum 31 über die mindestens eine Hochdruckniere 72 zur Hochdruckbohrung und damit zum Hochdruckspeicher alleine geöffnet.

Im Betrieb wird Arbeitsfluid von den Arbeitskolben 32, die auf dem Weg von einer oberen zu einer unteren Totpunktstellung und mit dem Niederdruckspeicher verbunden sind, über die zweite hydraulische Verbindung angesaugt und anschließend mittels der rotierenden Kolbentrommel 40 von der unteren in die obere Totpunktstellung bewegt und dabei im sich verkleinernden Zylinderraum 31 verdichtet, indem die Gleitschuhe 62 auf einer Kreisbahn der Schwenkwiege 60 abgleiten und dabei die Arbeitskolben 32 auf ihrem Weg vom unteren zum oberen Totpunkt in die Zylinderbohrungen 31 drücken und die Zylinderräume 31 dadurch verkleinern. In diesem Bereich werden die Zylinderräume 31 mit dem Hochdruckspeicher über die dritte hydraulische Verbindung verbunden, und so das Arbeitsfluid dem Hochdruckspeicher zugeführt.

Die kritische Drehwinkelstellung ist folgende:

Wenn ein Zylinderraum 31, der unter Niederdruck steht, aufgrund der Rotation der Kolbentrommel 30 beginnt über die Hochdruckniere 72 zu laufen und so mit dem Hochdruckspeicher verbunden wird, kommt es zu einer„schlagartigen", nahezu

ungedrosselten Befüllung des Zylinderraums 31 mit unter Hochdruck stehendem Fluid. Dieser Übergang ist sowohl festigkeits- als auch geräuschkritisch. Diese kritische Drehwinkelstellung wird durch den Einsatz eines Vorkompressionsvo- lumens im Vorkompressionsraum 50 entschärft:

Beim Übergang vom Niederdruck- in den Hochdruckbereich wird ein Vorkompressionsraum 50 hydraulisch so angeschlossen, dass es mit dem Zylinderraum 31 über die erste hydraulische Verbindung verbunden wird, sobald der Zylinderraum 31 gerade nicht mehr über die zweite hydraulische Verbindung mit dem Niederdruckspeicher verbunden ist; andernfalls käme es zu einem„Kurzschluss" zwischen Niederdruckspeicher und Vorkompressionsraum 50. In dieser Stellung ist die dritte hydraulische Verbindung noch geschlossen. Durch die Drosselfunktion innerhalb der ersten hydraulischen Verbindung wird der Zylinderraum 31 vergleichsweise langsam unter Hochdruck gesetzt. Bei weiterer Drehbewegung der Kolbentrommel 30 wird die dritte hydraulische Verbindung zwischen Zylinderraum 31 und Hochdruckspeicher geöffnet; Arbeitsfluid wird aufgrund des sich verkleinernden Zylinderraums 31 in den Hochdruckspeicher gedrückt. Gleichzeitig ist die erste hydraulische Verbindung noch geöffnet, so dass der gegenüber dem Hochdruckspeicher entspannte Vorkompressionsraum 50 wieder befüllt wird.

Die Anordnung des mindestens einen Vorkompressionsraumes 50 in der Anschlußplatte 20 hat gegenüber einer Anordnung außerhalb des Gehäuses 10 beispielsweise eine bauraumsparende Anordnung und das NVH (Noise Vibration Harshness) Verhalten und die Schallabstrahlung werden verbessert.