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Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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In
Axialkolbenmaschinen ist eine Zylindertrommel drehbar angeordnet.
Die Zylindertrommel ist drehfest mit einer Triebwelle verbunden.
In der Zylindertrommel sind auf einem Umfangskreis verteilt angeordnet
mehrere Zylinderbohrungen. In den Zylinderbohrungen ist jeweils
ein Arbeitskolben längs
verschieblich angeordnet. Um bei einer Drehung der Zylindertrommel
einen Hub der in den Zylinderbohrungen angeordneten Arbeitskolben
zu erreichen, stützen
sich die Arbeitskolben auf einer Lauffläche einer Schrägscheibe
ab. Die Lauffläche
ist bezüglich
der Rotationsachse der Zylindertrommel schräg angeordnet.
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Bei
verstellbaren Axialkolbenmaschinen ist die Neigung dieser Lauffläche einstellbar.
Hierzu ist die Lauffläche
an einer Schrägscheibe
angeordnet, die häufig
als Schwenkwiege ausgebildet ist. Eine solche Axialkolbenmaschine
ist aus der
DE 199
49 169 A1 bekannt. Um den Neigungswinkel der Lauffläche bezüglich der
Rotationsachse der Axialkolbenmaschine verstellen zu können, ist
dort in einer Gehäuseöffnung eine
Verstellvorrichtung angeordnet. Die Verstellvorrichtung umfasst
einen Stellkolben, der zur Neigungsverstellung der Schrägscheibe
mit der Schrägscheibe
zusammenwirkt. Hierzu wird ist an dem Stellkolben ein Kugelkopf
ausgebildet, der in eine sphärische
Ausnehmung an der Schrägscheibe eingreift.
Durch die so ausgebildete Gelenkverbindung zwischen dem Stellkolben
und der Schrägscheibe
wird eine Neigung der beiden Elemente zueinander, wie sie bei einer
Verstellung des Winkels der Schrägscheibe
automatisch auftritt, möglich.
Die Aufnahmeöffnung,
die zur Aufnahme der Verstellvorrichtung in dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine vorgesehen
ist, ist schräg
bezüglich
der Rotationsachse der Zylindertrommel angeordnet.
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Bei
der aus der
DE 199
49 169 A1 bekannten Axialkolbenmaschine ist es nachteilig,
dass eine spezielle Gelenkverbindung der Schrägscheibe mit dem Stellkolben
der Verstellvorrichtung ausgebildet ist. Der feste Abstand des Angriffspunkt
des Stellkolbens an der Schrägscheibe
erfordert zudem einen lateralen Bewegungsausgleich, bei einer Neigungsänderung
der Schrägscheibe.
Dies erhöht
die Komplexität der
Herstellung der Axialkolbenmaschine beträchtlich. Zudem ist die schräge Anordnung
der Verstellvorrichtung in einer Ausnehmung des Gehäuses nachteilig,
da die auftretenden Kräfte,
die zur Verstellung der Schrägscheibe
erforderlich sind, beträchtlich sind.
Damit muss die Lastabtragung über
das Gehäuse
erfolgen, weswegen qualitativ hochwertiges Gehäusematerial eingesetzt werden
muss. Dies erhöht die
Kosten der gesamten Axialkolbenmaschine.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Axialkolbenmaschine
zu schaffen, die eine verbesserte Verstellung des Neigungswinkels
der Schrägscheibe
ermöglicht
und die einfach und kostengünstig
zu fertigen ist.
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Die
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist
ein Gehäuse
auf, in dem drehbar eine Zylindertrommel gelagert ist. In der Zylindertrommel
sind mehrere Zylinderausnehmungen angeordnet, in denen jeweils ein
Arbeitskolben längs
verschieblich angeordnet ist. Die Arbeitskolben stützen sich
mittels jeweils eines Gleitschuhs an einer Lauffläche einer Schrägscheibe
ab. Die Verbindung zwischen dem Arbeitskolben und den Gleitschuhen
ist beweglich ausgeführt.
Ferner ist ein Stellkolben vorgesehen, welcher mit der Schrägscheibe
zur Einstellung eines Neigungswinkels der Lauffläche bezüglich der Drehachse der Zylindertrommel
zusammenwirkt. Der Stellkolben ist erfindungsgemäß mit einem Stellkolbengeleitschuh
verbunden, der sich auf der Lauffläche der Schrägscheibe
abstützt,
um so eine Stellkraft auf die Schrägscheibe zu erzeugen. Die erfindungsgemäße Konstruktion
hat den Vorteil, dass seitens der Schrägscheibe lediglich eine Lauffläche auszubilden
ist. Diese Lauffläche
ist in der Regel als einfache ebene Fläche ausgeführt. Mittels des Gleitschuhs kann
daher in einfacher Weise eine Schubkraft von dem Stellkolben auf
die Lauffläche
der Schrägscheibe
ausgeübt
werden. Gleichzeitig kann sich bei einer Stellbewegung der Abstützpunkt
des Stellkolbengleitschuhs in radialer Richtung auf der Lauffläche automatisch
anpassen. Eine spezielle Ausbildung einer Gelenkverbindung zwischen
der Schrägscheibe und
dem Stellkolben ist nicht erforderlich.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
ausgeführt.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem Stellkolben und dem Stellkolbengleitschuh ein Kugelgelenk
angeordnet. Durch die Verbindung des Stellkolbens mit dem Stellkolbengleitschuh über ein
Kugelgelenk wird es erreicht, dass die Montagelage des Stellkolbens bzw.
des Stellkolbengleitschuhs bezüglich
einer Verdrehung des Stellkolbens oder des Stellkolbengleitschuhs
unerheblich ist. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der
Stellkolben und die Arbeitskolben eine identische Geometrie aufweisen.
Damit entfällt
eine gesonderte Fertigung des Stellkolbens. Durch die erhöhte Anzahl
von Gleichteilen innerhalb der Axialkolbenmaschine kann damit eine
erhebliche Kosteneinsparung erreicht werden. Es ist insbesondere
auch vorteilhaft, den Stellkolbengleitschuh identisch mit den Gleitschuhen
der Arbeitskolben auszubilden. Besonders bevorzugt ist es, wenn
sowohl der Stellkolben mit den Arbeitskolben identisch ist als auch der
Stellkolbengleitschuh mit den Gleitschuhen der Arbeitskolben eine
identische Geometrie aufweist.
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Weiterhin
wird es bevorzugt, wenn der Stellkolben in einem Stellvorrichtungsgehäuse angeordnet
und dort entlang einer Längsachse
des Stellvorrichtungsgehäuses
längs verschieblich
ist. Die Längsachse
des Stellvorrichtungsgehäuses
erstreckt sich zumindest näherungsweise
parallel zu einer Drehachse der Zylindertrommel. Durch eine solche etwa
parallele Anordnung wird der erforderliche Bauraum in lateraler
Richtung bezüglich
der Rotationsachse der Zylindertrommel verringert. In dem Stellvorrichtungsgehäuse ist
vorzugsweise eine Stufenausnehmung angeordnet. In der Stufenausnehmung sind
axial aufeinander folgend der Stellkolben sowie ein Ventilkolben
eines Ventils zur Ansteuerung eines auf den Stellkolben wirkenden
Stelldrucks angeordnet. In dem Stellvorrichtungsgehäuse kann
somit eine einzige mehrstufige Bohrung vorgesehen werden, in der
sämtliche
Komponenten, die zur Erzeugung einer Stellbewegung der Schrägscheibe
und damit eines Hubvolumens der Axialkolbenmaschine benötigt werden,
angeordnet sind. Insbesondere kann innerhalb des Stellvorrichtungsgehäuses auch eine
Rückführungsfeder
vorgesehen sein, mit deren Hilfe die Position des Stellkolbens auf
den Ventilkolben rückgeführt wird.
Durch eine solche Rückführung ist
eine einem Steuersignal entsprechende, beispielsweise proportionale,
Verstellung des Verdrängungsvolumens
der hydrostatischen Kolbenmaschine möglich.
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Dabei
wird es besonders bevorzugt, wenn die Rückführfeder identisch mit in dem
Zylinderbohrungen der Zylindertrommel eingesetzten Andruckfedern
ist. Durch die Verwendung der ohnehin erforderlichen Andruckfedern
auch in der Verstellvorrichtung wird wiederum der Gleichteileanteil
innerhalb der Axialkolbenmaschine erhöht und somit eine Kostenreduzierung
erreicht.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, wenn das Stellvorrichtungsgehäuse in einer Anschlussplatte
der Axialkolbenmaschine befestigt ist. In der Anschlussplatte sind
die Druckleitungen zum Zuführen
und Abnehmen des beispielsweise durch eine Hydropumpe geförderten
Druckmittels angeordnet. Wird daher das Stellvorrichtungsgehäuse in der
Anschlussplatte angeordnet, so ist eine Beaufschlagung des in dem Stellvorrichtungsgehäuse angeordneten
Ventilkolbens mit den zur Verstellung erforderlichen Drücken über kürzere Leitungen
bzw. Kanäle
möglich.
Externe Leitungen können
entfallen, da sämtliche
Kanäle innerhalb
der Anschlussplatte bzw. innerhalb des Stellvorrichtungsgehäuses vorgesehen
werden können.
Insbesondere wird auch die Montage erleichtert, da die Anschlussplatte
gemeinsam mit der Verstellvorrichtung als Baugruppe vormontiert
und anschließend
nach dem Einsetzen des Triebwerks in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine
eingesetzt werden kann.
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Ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
einer Axialkolbenmaschine ist in der Zeichnung dargestellt und wird
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine
schematische Darstellung einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine
mit einer bekannten Verstellvorrichtung;
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2 ein
hydraulischer Schaltplan zur Erläuterung
der Funktionsweise der Verstellvorrichtung; und
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3 eine
vergrößerte Darstellung
einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
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Bevor
anhand der 3 eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
im Detail erläutert
wird, soll zunächst
anhand von 1 der grundsätzliche Aufbau und die Funktion
einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine erläutert werden.
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In
der 1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 dargestellt.
Die bekannte hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 weist
ein Triebwerk 2 auf, welches in einem Gehäuse 3 angeordnet
ist. Zum Einsetzen des Triebwerks 2 in das Gehäuse 3 ist
das Gehäuse 3 an
einem Ende offen. Das offene Ende wird nach der Montage des Triebswerks 2 in dem
Gehäuse 3 durch
eine Anschlussplatte 4 verschlossen. An der Anschlussplatte 4 sind
in nicht dargestellter Weise die Leitungsanschlüsse vorgesehen.
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Das
Triebwerk 2 umfasst eine Triebwelle 5 und eine
damit drehfest verbundene Zylindertrommel 6. Die Triebwelle 5 ist
mit der Zylindertrommel 6 gemeinsam drehbar in dem Gehäuse 3 angeordnet.
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Die
Triebwelle 5 ist hierzu an einem Ende des Gehäuses 3 in
einem ersten Lager 7 drehbar gelagert. An dem entgegengesetzten
Ende der Triebwelle 5 ist ein zweites Lager 8 vorgesehen,
welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Anschlussplatte 4 angeordnet
ist. Die Triebwelle 5 durchdringt mit einem Ende 9 das
erste Lager 7 sowie die Stirnseite des Gehäuses 3 der
hydrostatischen Axialkolbenmaschine 1.
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Für die nachfolgende
Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 eine
verstellbare Hydropumpe 1 ist. Das Ende 9 der
Triebwelle 5 wird daher zum Antreiben der Hydropumpe mit
einem Antriebsmotor verbunden.
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In
der Zylindertrommel 6 sind auf einem Umfangskreis verteilt
angeordnet mehrere Zylinderbohrungen 10 in die Zylindertrommel 6 eingebracht.
In jeder Zylinderbohrung 6 ist jeweils ein Arbeitskolben 11 angeordnet.
Der Arbeitskolben 11 kann entlang der Mittelachse der Zylinderbohrung 10 in
Längsrichtung verschoben
werden. Der Arbeitskolben 11 ist mit einem Gleitschuh 12 über eine
Kugelgelenkverbindung 13 beweglich verbunden. Die Gleitschuhe 12 der
Arbeitskolben 11 stützen
sich mit einer Gleitfläche
auf einer Schrägscheibe 15 ab.
Die Schrägscheibe 15 ist im
dargestellten Ausführungsbeispiel
als Schwenkwiege ausgeführt,
die in einem sphärischen
Lager drehbar angeordnet ist. An der Schrägscheibe 15 ist auf
ihrer der Zylindertrommel 6 zugewandten Seite eine Lauffläche 16 als
ebene Fläche
ausgebildet.
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Während in
der 1 die Lauffläche 16 bzw. die
Schrägscheibe 15 in
ihrer neutralen Position dargestellt ist, welche einem Nullfördervolumen
der Hydropumpe entspricht, sind die Arbeitskolben 11 in
einer Position gezeigt, die einem Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 15 entsprechen
würde.
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Bei
einer Drehung der Triebwelle 5 dreht sich aufgrund der
drehfesten Verbindung auch die Zylindertrommel 6. Die Gleitschuhe 12 stützen sich
dabei an der Lauffläche 16 der
Schrägscheibe 15 ab
und zwingen die Arbeitskolben 11 in eine Hubbewegung. Um
während
eines Saughubs zu verhindern, dass die Gleitschuhe 12 von
der Lauffläche 16 der
Schrägscheibe 15 abheben,
ist eine Rückzugplatte 14 vorgesehen.
Die Rückzugplatte 14 folgt
dem Neigungswinkel der Schrägscheibe 15 und
ist an einem sphärischen
Lager 17 gelagert.
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Zur
zeitweiligen Verbindung der Zylinderbohrungen 10 mit den
Leitungen eines hydrostatischen Kreises ist eine Steuerplatte 18 vorgesehen.
In der Steuerplatte 18 sind Steueröffnungen 19, 20 ausgebildet,
mit denen die Zylinderbohrungen 10 während eines Umlaufs der Zylindertrommel 6 wechselweise kommunizieren.
Um die Zylindertrommel 6 an der Mündungsseite der Zylinderbohrungen 10 an
der Steuerplatte 18 in dichtender Anlage zu halten, ist
im Inneren der Zylindertrommel 6 eine Feder 21 vorgesehen.
Die Feder 21 stützt
sich einerseits an der Zylindertrommel 6 ab, in der hierzu beispielsweise
ein Seegerring als erstes Federlager angeordnet ist. Ein zweites
Federlager ist an der gegenüberliegende Seite
der Feder 21 an der Triebwelle 5 ausgebildet.
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Zum
Einstellen der Hubvolumens der Axialkolbenmaschine 1 ist
eine Verstellvorrichtung 22 vorgesehen. Die Verstellvorrichtung 22 wird
mittels eines Proportionalmagneten 23 betätigt. Der
Proportionalmagnet 23 beaufschlagt in nicht dargestellter
Weise einen Ventilkolben der Verstellvorrichtung 22, welcher
einen auf einen Stellkolben 26 wirkenden Stelldruck einstellt.
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An
dem Stellkolben 26 ist ein kugelförmiges Verbindungselement 24 ausgebildet.
Dieses kugelförmige
Verbindungselement 24 greift in eine sphärische Ausnehmung 25 ein,
die an der Schrägscheibe 15 angeordnet
ist. Die Längsachse
der Verstellvorrichtung 22 schließt einen von 0 verschiedenen
Winkel mit der Rotationsachse der Zylindertrommel 6 ein.
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In
der 2 ist eine hydraulische Schaltung gezeigt, die
zum Verstellen einer Axialkolbenmaschine 1 vorgesehen ist.
Die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1, die im Falle
einer Hydropumpe über
die Triebwelle 5 angetrieben wird, saugt Druckmittel über eine
Saugleitung 27 aus einem Tankvolumen 28 an. In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist eine Anordnung in einem offenen Kreislauf gezeigt. Die Axialkolbenmaschine
kann jedoch auch in einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sein.
Das von der hydrostatischen Axialkolbenmaschine 1 angesaugte Druckmittel
wird entsprechend dem eingestellten Fördervolumen in eine Arbeitsleitung 29 gefördert. Zur
Verstellung des Fördervolumens
der Hydropumpe ist die Verstellvorrichtung 22 vorgesehen.
Die Verstellvorrichtung 22 umfasst neben dem Stellkolben 26 ein
Stelldruckregelventil 32. Das Stelldruckregelventil 32 stellt
einen auf den Stellkolben 26 wirkenden Stelldruck ein.
Der auf den Stellkolben 26 wirkende Stelldruck wird aus
der Arbeitsleitung 29 über
eine Entnahmeleitung 31 entnommen. Der Stellkolben 26 ist
in einer Richtung durch eine Rückstellfeder 33 mit einer
Federkraft beaufschlagt. In einer Stelldruckkammer 35 ist
eine Rückführfeder 34 angeordnet,
die auf einen Ventilkolben des Stelldruckregelventils 32 eine
von der Position des Stellkolbens 26 abhängige Kraft überträgt. Das
Stelldruckregelventil 32 befindet sich in der Ruheposition
der Stellvorrichtung 22 in seiner in der 2 dargestellten
Position. In dieser Position ist die Entnahmeleitung 31 mit
einer Stelldruckleitung 36 verbunden. In Folge dessen stellt sich
in der Stelldruckkammer 35 der in der Arbeitsleitung 29 herrschende
Druck ein. Dieser Druck beaufschlagt den Stellkolben 26 mit
seiner zu der Stelldruckkammer Druckraum 35 hin orientierten
Kolbenfläche.
In Folge dessen wird der Stellkolben 26 in der 2 nach
links ausgelenkt. Der Stellkolben 26 komprimiert wegen
der Stellbewegung die Rückstellfeder 33.
Bei einer Stellbewegung des Stellkolbens 26 entgegen der
Kraft der Rückstellfeder 33 wird
die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 in Richtung ihres minimalen
Fördervolumens
verstellt.
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Ausgehend
von der angegebenen Ruheposition des Stelldruckregelventils 32 kann
das Stelldruckregelventil 32 in Richtung einer zweiten
Endposition mit einer Kraft beaufschlagt werden. Diese Kraft wird
z. B. durch einen Proportionalmagneten 23 erzeugt. Die
Kraft des Proportionalmagneten 23 wirkt entgegen der Kraft
der Rückführfeder 34.
Wird nun der Proportionalmagnet 33 mit einem Steuersignal beaufschlagt,
so erfährt
der Ventilkolben des Steuerdruckregelventils 33 eine Kraft
in Richtung seiner zweiten Endposition. In dieser zweiten Endposition ist
die Stelldruckleitung 36 mit einer Verbindungsleitung 37 verbunden.
Das Stelldruckregelventil 32 ist zwischen diesen beiden
Endpositionen stufenlos verstellbar. Während eines normalen Betriebs
ist die Verbindungsleitung 37 über ein Sicherheitsventil 39 mit der
Tankleitung 30 verbunden. In der zweiten Endposition des,
Stelldruckregelventils 32 wird daher die Stelldruckkammer 35 über die
Verbindungsleitung 37 mit der Tankleitung 30 verbunden
und die Stelldruckkammer 35 in das Tankvolumen 28 entspannt.
In Folge dessen reduziert sich die Kraft auf die Kolbenfläche des
Stellkolbens 26 und die Rückstellfeder 33 bewegt
den Stellkolben 26 so, dass die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 in
Richtung größer werdenden
Fördervolumens
verstellt wird.
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Um
eine proportionale Stellbewegung beziehungsweise ein proportionales
Fördervolumen
der hydrostatischen Axialkolbenmaschine 1 einstellen zu können, wirkt
die Kraft der Rückführfeder 34 entgegengesetzt
zu der Kraft des Proportionalmagneten 23 auf den Ventilkolben
des Stelldruckregelventils 32. Damit wird auf den Ventilkolben
des Stelldruckregelventils 32 eine von der jeweiligen Position
des Stellkolbens 26 abhängige
Kraft ausgeübt.
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Die
Stelldruckleitung 36 ist ferner über eine Bypassleitung 36' mit der Verbindungsleitung 37 verbunden.
In der Bypassleitung 36' ist
eine Drosselstelle 38 angeordnet. Über die Drosselstelle 38 wird
damit ein Abströmen
von Druckmittel aus der Stelldruckkammer 35 ermöglicht,
wenn beispielsweise ausgehend von seiner ersten Endposition durch
ein Beaufschlagen des Proportionalmagneten 23 mit einem
geringeren Steuersignal das Stelldruckregelventil 32 geringfügig in Richtung
seiner zweiten Endposition verstellt wird.
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Das
Sicherheitsventil 39 verbindet in seiner Ruheposition die
Verbindungsleitung 27 in bereits beschriebener Weise mit
der Tankleitung 30. Diese Ruheposition wird durch eine
Sicherheitsventilfeder 40 definiert. In der entgegengesetzten
Position des Sicherheitsventils 39 ist dagegen eine weitere
Verbindungsleitung 41 mit der Verbindungsleitung 37 verbunden.
Die weitere Verbindungsleitung 41 zweigt von der Entnahmeleitung 31 ab.
In der entgegengesetzten Position des Sicherheitsventils 39 wird
damit der Verbindungsleitung 37 der Druck der Arbeitsleitung 29 zugeführt. Der
in der weiteren Verbindungsleitung 41 herrschende Druck
wird ferner über
eine erste Messleitung 42 einer an dem Sicherheitsventil 39 ausgebildeten
Messfläche
zugeführt.
Die an der Messfläche
wirkende hydraulische Kraft wirkt entgegengesetzt zu der Kraft der
Sicherheitsventilfeder 40. Umgekehrt wirkt gleichsinnig
mit der Sicherheitsventilfeder 40 auf das Sicherheitsventil 39 über eine zweite
Messleitung 43 der Druck in der Tankleitung 30.
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Über die
Sicherheitsventilfeder 40, die als einstellbare Feder ausgeführt ist,
kann der Öffnungsdifferenzdruck
des Sicherheitsventils 39 eingestellt werden. Wird dieser Öffnungsdruck
durch die Druckdifferenz zwischen dem über die erste Messleitung 42 und
die zweite Messleitung 43 zugeführten Druck überschritten,
so wird das Sicherheitsventil 39 in Richtung seiner zweiten
Endposition verstellt. Mit zunehmender Verstellung in Richtung der
zweiten Endposition erhöht
sich der Druck in der Stelldruckkammer 35, auch wenn sich
das Stelldruckregelventil 32 in seiner zweiten Endposition
befindet. In Folge dessen wird der Stellkolben 26 in der 2 nach
links verstellt, was eine Reduzierung des Fördervolumens zur Folge hat.
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Die 3 zeigt
eine vergrößerte Darstellung eines
Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 101.
Zu Gunsten einer deutlicheren Darstellung wurde auf die Darstellung
der an sich bekannten Elemente der Axialkolbenmaschine 101 verzichtet.
Dafür ist
die Axialkolbenmaschine 101 im Bereich der Verstellvorrichtung 122 vergrößert dargestellt.
Mit der 1 übereinstimmende Elemente und Merkmale
sind mit um 100 erhöhten
Bezugszeichen versehen.
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Wie
es bereits unter Bezugnahme auf 1 erläutert wurde,
sind in der Zylindertrommel 126 in dort angebrachten Zylinderbohrungen 110 Arbeitskolben 111 längsverschieblich
angeordnet. Die Arbeitskolben 111 sind mittels einer Kugelgelenkverbindung 113 mit
Gleitschuhen 112 verbunden. Hierzu ist an einem Ende der
Arbeitskolben 111, welches aus den Zylinderbohrungen 110 der
Zylindertrommel 106 herausragt, ein kugelförmiger Kopf 147 ausgebildet. Dieser
kugelförmige
Kopf 147 greift in eine sphärische Ausnehmung 148 des
Gleitschuhs 149 ein. Von der gegenüberliegenden Seite her ist
in die Arbeitskolben 111 eine Ausnehmung 146 eingebracht.
Die Ausnehmung 146 ist vorzugsweise als Bohrung aufgeführt, und
so dimensioniert, dass eine Andruckfeder 145 darin angeordnet
sein kann. Eine Schmierölbohrung 150 verbindet
die Ausnehmung 146 mit dem kopfseitigen Ende des Arbeitskolbens 111.
Die Andruckfeder 145 ist im ungespannten Zustand länger als
der maximale Abstand zwischen dem kopfseitigen Ende der Bohrung 146 und
dem entgegengesetzten Ende des Zylinderbohrung 110. Die
Andruckfeder 145 übt
somit eine Kraft sowohl auf die Zylindertrommel 106 als
auch auf den Arbeitskolben 111 aus. Damit wird die Zylindertrommel 106 in
Anlage mit der Steuerplatte 118 gehalten. Der Arbeitskolben 111 wird
dagegen gemeinsam mit dem Gleitschuh 149 in Anlage an der
Lauffläche 116 der
Schrägscheibe 115 gehalten.
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An
dem Gleitschuh 149 ist eine Gleitfläche 152 ausgebildet.
Die Gleitfläche 152 weist
vorzugsweise zumindest eine Schmierölnut 151 auf. Die Schmierölnut ist über eine
Verbindungsbohrung mit dem Bereich in der sphärischen Ausnehmung 148 verbunden.
Das in der Zylinderbohrung 110 unter Druck stehende Druckmittel
wird daher über
die Schmierölbohrung 150 sowie
die Verbindungsbohrung in dem Gleitschuh 149 bis zu der
Schmierölnut 150 geleitet
und sorgt dort für
eine hydrostatische Entlastung des Gleitschuhs 149. Ferner
wird die Kontaktfläche
zwischen der sphärischen
Ausnehmung 148 und dem kugelförmigen Kopf 147 mit
Druckmittel zur Schmierung versorgt. Aufgrund der kugelgelenkartigen
Verbindung zwischen dem Gleitschuh 149 und dem kugelförmigen Kopf 147 des
Arbeitskolbens 111 kann die Neigung der Gleitfläche 147 gegenüber der
Längsachse
des Arbeitskolbens 111 verändert werden. Damit wird sichergestellt,
das die Gleitfläche 152 bei
jeder möglichen
Winkelposition der Lauffläche 147 relativ
zu der Rotationsachse 144 der Zylindertrommel 106 angepasst
werden kann. Die sphärische
Ausnehmung 148 umfasst den kugelförmigen Kopf 147 so
weit, dass zwischen dem Arbeitskolben 111 und dem Gleitschuh 149 auch
Zugkräfte übertragen
werden können.
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Zur
Einstellung des Winkels der Lauffläche 116 relativ zu
der Drehachse 144 der Zylindertrommel 106 ist
die Stellvorrichtung 122 vorgesehen.
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Zur
Erzeugung einer Stellbewegung umfasst die Stellvorrichtung 122 einen
Stellkolben 126. Der Stellkolben 126 ist identisch
zu dem Arbeitskolben 111 ausgebildet. Auf eine erneute
Beschreibung der einzelnen Komponenten in Bezug auf den Stellkolben 126 wird
daher verzichtet. Der Stellkolben 126 ist über eine
Gelenkverbindung 113' mit
einem Stellkolbengleitschuh 149' verbunden. Der Stellkolbengleitschuh 149' entspricht
in seinem Aufbau dem Gleitschuh 149, wie er bereits im
Zusammenhang mit dem Arbeitskolben 111 beschrieben wurde.
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Daher
weist auch der Stellkolbengleitschuh 149' eine Gleitfläche 152' auf, welche sich in Anlage mit
der Lauffläche 116 befindet.
Eine Stellkraft, die durch den Stellkolben 126 in der 3 nach
links ausgeübt
wird, kann somit auf die Lauffläche 116 der Schrägscheibe 115 übertragen
werden. In der Ausnehmung 146 des Stellkolbens 126 ist
ebenfalls eine Feder angeordnet. Diese Feder ist als Rückführfeder 145' ausgebildet.
Die Rückführfeder 145' stützt sich einerseits
an dem kopfseitigen Ende der Ausnehmung 146' in dem Stellkolben 126 ab.
Das entgegengesetzte Ende der Rückkoppelfeder 145' stützt sich an
einem Federlager 147 ab. Das Federlager 147 seinerseits
ist an einem ersten Ende eines Ventilkolbens 158 angelegt.
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Damit
wird auf den Ventilkolben 158 eine Kraft ausgeübt, die
sowohl von der Position des Ventilkolbens 158 als auch
von der Position des Stellkolbens 126 abhängt. Somit
wird eine rücktreibende Kraft
als Positionsinformation auf den Stellkolben 158 ausgeübt, wie
es unter Bezugnahme auf den hydraulischen Schaltplan der 2 bereits
erläutert wurde.
Diese Kraft hängt
ab von der Position der Schrägscheibe 115 und
somit von dem eingestellten Fördervolumen.
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Die
Stellvorrichtung 122 umfasst ein Stellvorrichtungsgehäuse 153.
Das Stellvorrichtungsgehäuse 153 ist
in eine Ausnehmung in die Anschlussplatte 104 eingesetzt,
vorzugsweise eingeschraubt. Die Anschlussplatte 104 verschließt das Gehäuse 103 der hydrostatischen
Axialkolbenmaschine 101.
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Das
Stellvorrichtungsgehäuse 153 weist eine
Stufenausnehmung 154 auf. Die Stufenausnehmung 154 ist
als Bohrung ausgeführt
und durchdringt das Stellvorrichtungsgehäuse 153 entlang einer Längsachse 162 des
Stellvorrichtungsgehäuses 153. Die
Längsachse 162 des
Stellvorrichtungsgehäuses 163 ist
vorzugsweise parallel zu der Drehachse 144 der Zylindertrommel 106 orientiert.
In Abhängigkeit von
der genauen konstruktiven Ausbildung der Anschlussplatte 104 kann
jedoch auch eine geringfügige
Abweichung von der Parallelität
um einige Winkelgrade auftreten.
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In
dem der Schrägscheibe 115 zugewandten Ende
des Stellvorrichtungsgehäuses 153 ist
eine Laufbuchse 155 eingesetzt. Die Laufbuchse 155 ist im
wesentlichen topfförmig
ausgebildet, wobei im dem Boden der Laufbuchse 155 eine
Durchgangsöffnung
vorgesehen ist. Die Durchgangsöffnung
der Laufbuchse 155 ist etwa im Bereich des ersten Endes
des Ventilkolbens 158 angeordnet und so dimensioniert,
dass das Federlager 157 hindurchtreten kann.
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Die
Laufbuchse 145 wird in dem schrägscheibenseitigen Ende des
Verstellvorrichtungsgehäuses 122 mittels
eines Seegerrings 160 gehalten. Der Stellkolben 126 und
der Ventilkolben 158 sind axial versetzt zueinander in
dem Stellvorrichtungsgehäuse 153 angeordnet.
Der Stellkolben 126 steht über die Rückführfeder 145' in Wirkverbindung
mit dem Ventilkolben 158. An dem Ventilkolben 158 sind Ringnuten 159, 160 ausgebildet.
Mittels der Ringnuten 159, 160 ist in Abhängigkeit
von der Position des Ventilkolbens 158 relativ zu dem Stellvorrichtungsgehäuse 153 eine
Verbindung zwischen einem Entnahmekanal 131 und dem Stelldruckraum 135 herstellbar.
In Abhängigkeit
von der Position des Ventilkolbens 158 verbindet die Ringnut 160 den
Entnahmekanal 131 mit dem in der 3 durch
den Ventilkolben 158 verdeckten Anschluss 161.
Der Anschluss 161 ist über
einen ebenfalls nicht dargestellten Kanal mit der Stelldruckkammer 135 verbunden.
Bei einer Beaufschlagung des Ventilkolbens 158 mit einer
axialen Kraft durch den Proportionalmagneten 123 wird dagegen
die zweite Ringnut 159 in eine Position gebracht, in der
der Anschluss 161 mit dem Verbindungskanal 137 durchströmbar verbunden
ist. Der Verbindungskanal 137 ist in der Anschlussplatte 104 ausgebildet.
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Die
axiale Kraft, die durch einen Proportionalmagneten 123 erzeugt
wird, wird mittels eines Stößels 159 auf
das von dem Federlager 157 abgewandten Ende des Ventilkolbens 158 übertragen.
Im Bereich des von dem Federlager 157 abgewandten Endes
des Ventilkolbens 158 ist eine Ruhepositionsfeder 161 angeordnet.
Die Ruhepositionsfeder 161 stützt sich einerseits an dem
Verstellvorrichtungsgehäuse 163 und
andererseits an einem Bund 165 ab.
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Durch
das Ausbilden der Verstellvorrichtung 122 unter Verwendung
von Teilen, die auch als Arbeitskolben 111 und als Gleitschuh 149 eingesetzt werden,
wird eine erhebliche Vereinfachung der hydrostatischen Axialkolbenmaschine 101 erreicht.
Insbesondere wird die Fertigung kostengünstiger, da eine separate Teilefertigung
für den
Stellkolben vermieden werden kann. Insbesondere ist auch die Fertigung
der Schrägscheibe 115 stark
vereinfacht. Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten
Axialkolbenmaschine muss lediglich eine gleichmäßig ebene Lauffläche 116 erzeugt
werden, die sich über
den gesamten Umfang der Schrägscheibe 115 erstreckt.
Auf dieser Lauffläche 116 stützt sich
nicht nur die Mehrzahl von Arbeitskolben 111 über ihre
Gleitschuhe 149 ab, sondern es kann auch eine Stellkraft
von dem Stellkolben 126 mittels des Stellkolbengleitschuhs 149' auf die Lauffläche 116 übertragen
werden. Um eine Rückstellung
der Schrägscheibe 115 zu
ermöglichen,
ist auf der von der Lauffläche 116 abgewandten
Seite der Schrägscheibe 115 eine
Rückstellfeder 133 angeordnet.
Die Rückstellfeder 133 beaufschlagt
die Schrägscheibe 115 entgegen
der Stellkraft des Stellkolbens 126 mit einer Rückstellkraft.
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Wird
die Druckkammer 135 der Stellvorrichtung 122 daher
bei entsprechender Position des Ventilkolbens 128 in das
Tankvolumen 28 entlastet, so wird aufgrund der Kraft der
Rückstellfeder 133 die Schrägscheibe 115 zurück in ihre
Neutralposition gebracht. In dieser Neutralposition ist die hydrostatische
Axialkolbenmaschine 101 auf ihr maximales Fördervolumen
verstellt. Damit kann bei drucklosem System aufgrund der Neutralposition
der hydrostatischen Axialkolbenmaschine 101 zunächst ein
Druckaufbau in der Arbeitsleitung 29 erfolgen. Dieser Druckaufbau
wird dann aufgrund der Ruheposition des Ventilkolbens 158 auch
dem Druckraum 135 zugeführt.
In Folge dessen stellt sich ein Kräftegleichgewicht an dem Ventilkolben 158 ein.
Das Kräftegleichgewicht
existiert zwischen der auf den Ventilkolben 158 wirkenden
Kraft der Rückkoppelfeder 145 und
der gleichsinnig gerichteten Kraft der Ruhepositionsfeder 163 sowie
der entgegengerichteten Kraft des Proportionalmagneten 123,
der über
den Stößel 159 auf
den Ventilkolben 158 wirkt.
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Die
Versorgung der Gleitfläche 152' des Stellkolbengleitschuhs 159' erfolgt ebenfalls
vergleichbar zu der bereits beschriebenen Schmierung der Gleitfläche 152 des
Gleitschuhs 149. Hierzu ist die Gleitfläche 152' über eine Verbindungsbohrung sowie
eine Schmierölbohrung
in dem Stellkolben 126 mit dem Stelldruckraum 135 verbunden.
Somit wird aus dem in dem Stelldruckraum 135 wirkenden
Druck ein Schmierfilm sowohl zwischen dem kugelförmigen Kopf des Stellkolbens 126 als
auch an der Gleitfläche 152' erzeugt. Eine
exakte Schwenkwinkeleinstellung wird durch die Verringerung der
Reibung erreicht.
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So
kann die Axialkolbenmaschine auch als Hydromotor ausgeführt sein
und insbesondere sind auch einzelne Merkmale der Erfindung miteinander
kombinierbar.