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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, insbesondere eine hydrostatische Axialkolbenpumpe. Die hydrostatische Axialkolbenmaschine weist ein Gehäuse, eine das Gehäuse verschließende Anschlussplatte, an der Arbeitsanschlüsse ausgebildet sind, eine Triebwelle, die in dem Gehäuse und in der Anschlussplatte drehbar gelagert ist, eine Schrägscheibe, eine Zylindertrommel, die in Drehrichtung mit der Triebwelle gekoppelt ist und in der Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Verdrängerkolben hin und her bewegbar ist, der an einer ersten Stirnseite der Zylindertrommel aus dieser herausragt und sich an der Schrägscheibe abstützt, und einen Steuerspiegel auf, an dem die Zylindertrommel mit ihrer zweiten Stirnseite anliegt, zu dem hin die Zylinderbohrungen offen sind und über den die Zylinderbohrungen fluidisch mit den Arbeitsanschlüssen verbindbar oder verbunden sind. Der Steuerspiegel ist üblicherweise eine separate Verteilerplatte, die verdrehsicher bezüglich der Anschlussplatte angeordnet ist. Außerdem umfasst die hydrostatische Axialkolbenmaschine eine Rückzugplatte zum Ausziehen der Verdrängerkolben aus den Zylinderbohrungen auf der einen Hälfte einer Umdrehung und eine vor der ersten Stirnseite der Zylindertrommel angeordnete Rückzugkugel, die meist federnd an der Zylindertrommel abgestützt ist und die einen Hals der Zylindertrommel und die Triebwelle umgibt und durch die die Rückzugplatte in Richtung auf die Schrägscheibe zu belastet ist.
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Eine derartige hydrostatische Axialkolbenmaschine ist zum Beispiel aus der
DE 10 2013 208 454 A1 bekannt. Bei einer solchen Axialkolbenmaschine wird die Zylindertrommel durch den Druck in den Zylinderbohrungen in Richtung Steuerspiegel gedrückt, da die Durchgänge von den Zylinderbohrungen auf die eine Stirnseite der Zylindertrommel einen kleineren Querschnitt als die Zylinderbohrungen haben. Durch mit Druck beaufschlagte und in ihrer Größe derart auf die Belastungskraft, mit der die Zylindertrommel von den Drücken in den Zylinderbohrungen in Richtung zum Steuerspiegel hin beaufschlagt wird, abgestimmte Entlastungsfelder, dass die Entlastungskraft kleiner als die Belastungskraft ist, muss an den Kontaktflächen zwischen der Zylindertrommel und dem Steuerspiegel nur noch eine Differenzkraft mechanisch übertragen werden. Bei üblichen Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise weist der Steuerspiegel zwei Steuernuten auf, von denen sich jede kreisbogenförmig über einen Winkel kleiner 180 Grad erstreckt und von denen eine mit Hochdruck und die andere mit Niederdruck beaufschlagt ist. Bei einer derartigen üblichen Axialkolbenmaschine wirkt deshalb nicht nur die von den Drücken in den Zylinderbohrungen auf die Zylindertrommel ausgeübte Belastungskraft, sondern auch die Entlastungskraft außermittig.
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Anwendungsabhängig können bei einer solchen hydrostatischen Axialkolbenmaschine kurzzeitige Triebwerksabheber auftreten. So nennt man unter Fachleuten einen Vorgang, bei dem die Zylindertrommel vom Steuerspiegel abhebt. Hierdurch wird schlagartig eine große Druckmittelmenge in den Trommelinnenraum zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle gedrückt, so dass dort der Druck stark ansteigt. Die Verzahnung zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel stellt eine Drosselstelle dar, so dass der angestiegene Druck an einer entsprechenden Fläche der Zylindertrommel in Abheberichtung der Zylindertrommel wirkt. Der Triebwerksabheber wird dadurch verstärkt und kann zu einer Zerstörung des Triebwerks führen.
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Aus der
DE 10 2015 223 037 A1 ist schon eine hydrostatische Axialkolbenmaschine bekannt, die als Vibrationsantrieb für einen hochfrequenten oszillierenden Antrieb eines Gleichgangzylinders oder mehrerer Gleichgangzylinder ausgebildet ist. Bei dieser Axialkolbenmaschine umfasst eine Drehdurchführung zwischen der Zylindertrommel und der Anschlussplatte eine der Anzahl der Zylinderbohrungen und Kolben entsprechende Anzahl von konzentrisch zueinander angeordneten und über 360 Grad umlaufende Nuten, von denen jede mit einer Zylinderbohrung und mit einem Arbeitsanschluss verbunden ist. Die Nuten können sich in einem relativ zur Anschlussplatte in Ruhe befindlichen Steuerspiegel auf dessen der Zylindertrommel zugewandten Seite befinden. Die Nuten können jedoch auch mit der Zylindertrommel mitdrehen. Da bei einer solchen hydrostatischen Axialkolbenmaschine nicht eine sich über weniger als 180 Grad erstreckende Hochdruckniere mit Hochdruck beaufschlagt ist, sondern je nach augenblicklicher Bewegungsrichtung des Kolbens eine über 360 Grad umlaufende Nut mit Hochdruck beziehungsweise Niederdruck beaufschlagt ist, wirkt die Entlastungskraft zentrisch auf die Zylindertrommel. Die Belastungskraft dagegen wirkt außermittig, weil nur in einer Zylinderbohrung Hochdruck herrscht, deren Freiraum gerade durch sich auf der einen Hälfte der Schrägscheibe bewegenden und einfahrenden Kolben verkleinert wird, Hierdurch entsteht ein Kippmoment, so dass die Gefahr groß ist, dass die Zylindertrommel einseitig vom Steuerspiegel abhebt. Ein solches Abheben führt zu extrem hoher Leckage und damit verbunden Wirkungsgradeinbußen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse, mit einer das Gehäuse verschließende Anschlussplatte, an der Arbeitsanschlüsse ausgebildet sind, mit einer Triebwelle, die in dem Gehäuse und in der Anschlussplatte drehbar gelagert ist, mit einer Schrägscheibe, mit einer Zylindertrommel, die in Drehrichtung mit der Triebwelle gekoppelt ist und in der Zylinderbohrungen ausgebildet sind, in denen jeweils ein Verdrängerkolben hin und her bewegbar ist, der an einer ersten Stirnseite der Zylindertrommel aus dieser herausragt und sich an der Schrägscheibe abstützt, mit einem Steuerspiegel, an dem die Zylindertrommel mit ihrer zweiten Stirnseite anliegt, zu dem hin die Zylinderbohrungen offen sind und über den die Zylinderbohrungen fluidisch mit den Arbeitsanschlüssen verbindbar oder verbunden sind, mit einer Rückzugplatte zum Ausziehen der Verdrängerkolben aus den Zylinderbohrungen auf der einen Hälfte einer Umdrehung und mit einer vor der ersten Stirnseite der Zylindertrommel angeordneten Rückzugkugel, die einen Hals der Zylindertrommel und die Triebwelle umgibt und durch die die Rückzugplatte in Richtung auf die Schrägscheibe zu belastet ist, so weiterzuentwickeln, dass die Gefahr eines Abhebens der Zylindertrommel vom Steuerspiegel gering ist und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, die die oben angegebenen Merkmale aufweist dadurch gelöst, dass die Rückzugkugel gegen den Hals der Zylindertrommel und gegen die Triebwelle abgedichtet ist und dass der durch die Abdichtungen zwischen der Rückzugkugel, der Zylindertrommel und der Triebwelle entstandene Rückzugkugeldruckraum mit einem über dem Gehäusedruck liegenden Druck beaufschlagbar ist.
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Während bei den bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen wegen des großen Spiels zwischen der Rückzugkugel und der Zylindertrommel und zwischen der Rückzugkugel und der Triebwelle die entscheidende Drosselstelle für einen Druckaufbau in dem Trommelinnenraum zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle die Verzahnung zwischen Zylindertrommel und Triebwelle ist, wird aufgrund der erfindungsgemäßen Abdichtung zwischen der Rückzugkugel und der Zylindertrommel einerseits und zwischen der Rückzugkugel und der Triebwelle andererseits bei einem Druckaufbau im Trommelinnenraum auch der Rückzugkugeldruckraum zwischen Zylindertrommel, Rückzugkugel und Triebwelle mit einem zumindest annähernd gleichen Druck wie der Trommelinnenraum beaufschlagt. Dieser Druck erzeugt an einer Fläche der Zylindertrommel eine derart gerichtete Kraft, dass diese Kraft die Zylindertrommel in Richtung Steuerspiegel beaufschlagt, also eine zusätzliche Belastungskraft. Die Abhebeneigung der Zylindertrommel wird dadurch verringert. Der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine verbessert sich. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Belastungskraft zentrisch an der Zylindertrommel angreift, und somit bei einer hydrostatische Axialkolbenmaschine für einen oszillierenden Antrieb eines Gleichgangzylinders oder mehrerer Gleichgangzylinder gemäß der
DE 10 2015 223 037 A1 in Flucht mit der Entlastungskraft an der Zylindertrommel angreift.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Dichtdurchmesser der Abdichtung zwischen dem Hals der Zylindertrommel und der Rückzugkugel größer ist als der Durchmesser einer zur Triebwelle hin liegenden Dichtfläche zwischen der Zylindertrommel und dem Steuerspiegel. Dadurch ist die Belastungskraft aufgrund eines Druckes in dem Raum zwischen der Zylindertrommel und der Triebwelle sowie in dem Rückzugkugeldruckraum im Inneren der Rückzugkugel größer als die Entlastungskraft
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Es kann ein externer Druckanschluss vorgesehen sein, mit dem der Druckraum über einen Fluidpfad verbunden ist. Der externe Druckanschluss befindet sich vorteilhafterweise an der Anschlussplatte, wobei der Fluidpfad von dem externen Druckanschluss aus durch die Anschlussplatte hindurch in den Rückzugkugeldruckraum führt. Wenn die oben angegebene Beziehung zwischen den Dichtdurchmessern gilt, so kann der Fluidpfad über den Trommelinnenraum zum Rückzugkugeldruckraum führen. Es wird dann zwar auch der Trommelinnenraum von dem Druck beaufschlagt. Wegen der oben angegebenen Beziehung zwischen den Dichtdurchmessern ist eine erzeugte Belastungskraft jedoch größer als eine erzeugte Entlastungskraft. Aufgrund der größeren verfügbaren Belastungskraft können nun auch die Nuten und Entlastungsstege auf dem Steuerspiegel vergrößert werden, so dass die Verluste dort reduziert sind. Darüber hinaus können diese Geometrien nun druckfester ausgelegt werden.
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Ein externer Druckanschluss ist besonders vorteilhaft bei einem Vibrationsantrieb, wie er weiter oben schon näher beschrieben worden ist. Bei einem solchen Vibrationsantrieb ist ein Arbeitsanschluss während des Einfahrens eines Kolbens Hochdruckanschluss und während des Auffahrens eines Kolbens Niederdruckanschluss.
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Demgegenüber kann bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit einer definierten Hochdruckseite und einer definierten Niederdruckseite der Rückzugkugeldruckraum über einen Fluidpfad mit der Hochdruckseite verbunden sein. Wechseln die Hochdruckseite und die Niederdruckseite in Abhängigkeit von der Drehrichtung oder der Lage einer über eine Nulllage verschwenkbaren Schrägscheibe, so könnte ein Abgriff des Hochdrucks mit einem Wechselventil erfolgen. Denkbar ist es auch, ein solches Wechselventil zwischen zwei Nuten eines Vibrationsantriebs der vorbeschriebenen Art anzuordnen.
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Wenn der Trommelinnenraum und der Rückzugkugeldruckraum nicht von einer äußeren Druckquelle oder einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine her mit Druck beaufschlagt werden, sondern sich bei einem drohenden Triebwerksabheber im Trommelinnenraum durch Zufluss von Druckmittel aus den Hochdruck führenden Nuten oder Kanälen ein Druck aufbaut, der eine zusätzliche Entlastungskraft erzeugt, so wirkt dieser Druck auch im Rückzugkugeldruckraum und erzeugt dort an der Zylindertrommel eine Belastungskraft, die dem Abheben entgegenwirkt. Dadurch wird das Triebwerk vor Zerstörung geschützt.
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Es ist denkbar, die Abdichtung zwischen der Rückzugkugel und dem Trommelhals oder die Abdichtung zwischen der Rückzugkugel und der Triebwelle durch eine entsprechend enge Bemaßung der Teile als Spaltdichtung auszubilden. Vorteilhafterweise umfasst die Abdichtung zwischen der Rückzugkugel und dem Hals der Zylindertrommel einen Dichtring, der in eine am Hals der Zylindertrommel ausgebildete Ringnut eingelegt ist und an der Rückzugkugel anliegt.
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Die Abdichtung zwischen der Rückzugkugel und der Triebwelle umfasst vorteilhafterweise einen Dichtring, der in eine an der Triebwelle ausgebildete Ringnut eingelegt ist und an der Rückzugkugel anliegt.
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Eine Ringnut mit eingelegtem Dichtring kann sich aber auch in der Rückzugkugel befinden, wenn die Triebwelle oder der Hals der Zylindertrommel durch eine solche Ringnut zu sehr geschwächt oder diese Anordnung aus einem anderen Grund als vorteilhaft angesehen wird.
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Üblicherweise ist bei den heute gängigen hydrostatischen Axialkolbenmaschinen die Triebwelle im Gehäuse und, von der Zylindertrommel aus gesehen, jenseits des Steuerspiegels über ein Lager in der Anschlussplatte drehbar gelagert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist nun die Lagerung der Triebwelle in der Anschlussplatte als Dichtstelle ausgebildet, so dass die Triebwelle an ihrer in die Anschlussplatte hineinragenden Stirnseite nicht mit einem Druck beaufschlagt wird. Es kann ein Fluidpfad vorgesehen sein, über den in den Raum vor der Stirnseite der Triebwelle fließendes Lecköl zum Beispiel in das Gehäuseinnere abgeführt wird.
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Das Lager kann als Gleitlager in Form einer Lagerbuchse ausgebildet ist, die als Spaltdichtung wirkt. Für die Wirkung als Dichtung ist es vorteilhaft, wenn die Gleitflächen der Gleitflächenpaarung zwischen der Lagerbuchse und der Triebwelle ohne Unterbrechung glatt ausgebildet sind. Die Lagerbuchse hat dann also keine Nut, wie zum Beispiel eine Axialnut oder eine Spiralnut.
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Die Erfindung ist mit besonderem Vorteil einsetzbar bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine die als Vibrationsantrieb ausgebildet ist und in einer Drehdurchführung zwischen der Zylindertrommel und dem Steuerspiegel mehrere konzentrisch zueinander angeordnete über 360 Grad umlaufende Nuten aufweist, von denen jede dauernd mit einer Zylinderbohrung und mit einem Arbeitsanschluss fluidisch verbunden ist. Bei einer solchen hydrostatischen Axialkolbenmaschine gibt es, worauf schon weiter oben hingewiesen worden ist, einen Versatz zwischen den Angriffspunkten der Belastungskraft und der Entlastungskraft, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Triebwerksabheber besonders groß ist.
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Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt, wobei vom zweiten Ausführungsbeispiel nur das Triebwerk dargestellt ist. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel, das eine in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine ist, die als Vibrationsantrieb ausgebildet ist,
- 2 eine vergrößerte und auseinandergezogene Darstellung der Zylindertrommel und des Steuerspiegels aus 1,
- 3 einen Längsschnitt durch das Triebwerk des zweiten Ausführungsbeispiels, das eine in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Axialkolbenpumpe mit einem Steuerspiegel mit zwei Steuernieren ist,
- 4 einen Teilbereich der 1 oder der 2 in einem vergrößerten Maßstab und in einer um 90 Grad gedrehten Längsschnitt und
- 5 denselben Teilbereich wie in 4 in einer Variante der zwei Ausführungsbeispiele.
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Die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach den 1 und 2 ist dafür vorgesehen, um zwei Gleichgangzylinder hochfrequent oszillierend anzutreiben. Sie wird deshalb im Folgenden auch als Vibrationsantrieb bezeichnet. Der Vibrationsantrieb ist in Schrägscheibenbauart ausgebildet und in seinem Hubvolumen verstellbar. Der Volumenstrom, der zu einem Gleichgangzylinder gefördert wird, ist proportional zur Antriebsdrehzahl und zum Hubvolumen, das durch die Schrägstellung der verschwenkbaren Schrägscheibe bestimmt ist.
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Der Vibrationsantrieb umfasst ein topfartiges Gehäuse 10, eine das offene Ende des Gehäuses 10 verschließende Anschlussplatte 11, eine Antriebswelle 12, eine Zylindertrommel 13, einen Steuerspiegel 14, der als von der Anschlussplatte 11 separate Steuerplatte ist, der zwischen der Zylindertrommel 13 und der Anschlussplatte 11 angeordnet ist und relativ zur Anschlussplatte feststeht, sowie die schon erwähnte und in ihrer Neigung bezüglich der Achse der Antriebswelle 12 verstellbare Schrägscheibe 15, die wegen ihrer Verschwenkbarkeit auch Schwenkwiege genannt wird. Die Schwenkwiege 15 kann dabei von einer Position aus, in der sie nahezu senkrecht zur Achse der Antriebswelle 12 steht, nach einer Richtung bis zu einem maximalen Schwenkwinkel verschwenkt werden.
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Die Antriebswelle 12 ist im Boden des Gehäuses 10 über ein Wälzlager 16 und in der Anschlussplatte 11 über ein Gleitlager, nämlich eine Lagerbuchse 17, drehbar gelagert.
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Die Zylindertrommel 13 weist einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Grundkörper 24 mit einer Mittelachse 25 auf. Der Grundkörper 24 besitzt einen in Richtung der Mittelachse durchgehenden, zentralen Hohlraum 26, in dem die Antriebswelle 12 die Zylindertrommel 13 durchquert. Im Bereich eines in Richtung auf die Schwenkwiege 15 vorspringenden Trommelhalses 27 mit einem verringerten Außendurchmesser ist der Grundkörper innen mit einer Verzahnung 28 ausgebildet, die in eine entsprechende Verzahnung 29 der Antriebswelle 12 eingreift. Über die Verzahnungen ist die Zylindertrommel 13 drehfest, jedoch axial beweglich mit der Antriebswelle 12 verbunden und kann deshalb ohne Spiel an dem Steuerspiegel 14 anliegen.
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In den Grundkörper 24 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt vier auf dem gleichen Teilkreis liegende Zylinderbohrungen 30 eingebracht, die im Ausführungsbeispiel leicht schräg gegen die Mittelachse 25, die mit der Mittelachse der Antriebswelle 12 zusammenfällt, angestellt und radial außerhalb des Trommelhalses 27 an einer der Schwenkwiege 15 zugekehrten, äußeren Stirnseite 31 der Zylindertrommel 13 offen sind. Der Durchmesser der Zylinderbohrungen 30 ist in einem an der äußeren Stirnseite 31 beginnenden und sich über etwa 60 Prozent der Gesamtlänge einer Zylinderbohrung erstreckenden vorderen Abschnitt geringfügig größer als in einem hinteren Abschnitt. Die beiden Abschnitte einer Zylinderbohrung 30 gehen in einer radialen Stufe ineinander über.
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In den den größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitt jeder Zylinderbohrung 30 ist eine Laufbuchse 32 eingesetzt, die mit ihrer äußeren Stirnseite etwa in Flucht mit der Mündung der Zylinderbohrung 30 an der äußeren Stirnseite 31 der Zylindertrommel 13 liegt. Der Passungsaußendurchmesser D der Laufbuchse 32 und der Innendurchmesser der Zylinderbohrung 30 sind so aufeinander abgestimmt, dass zwischen der Laufbuchse und der Zylindertrommel ein Presssitz besteht. In jeder Laufbuchse 32 ist ein Verdrängerkolben 36 axial beweglich geführt. Der Innendurchmesser einer Laufbuchse 32 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des hinteren Abschnitts einer Zylinderbohrung 30, so dass in diesem hinteren Abschnitt ein deutlicher Ringspalt zwischen einem Verdrängerkolben 36 und der Wand einer Zylinderbohrung 30 besteht.
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Die Zylindertrommel 13 hat eine sphärisch konkav gekrümmte und mit einer Gleitschicht 40 versehene innere Stirnseite 41, mit der sie an einer entsprechend konvex gekrümmten Steuerfläche 42 des Steuerspiegels 14 anliegt. In der Steuerfläche 42 des Steuerspiegels 14 befinden sich vier konzentrisch zur Mittelachse 25 der Zylindertrommel und damit auch konzentrisch zur Mittelachse des Steuerspiegels 14 über 360 Grad umlaufende in ihrer Tiefe begrenzte Steuernuten 43, 44, 45 und 46, die, wenn die Zylindertrommel mit ihrer Stirnseite 41 an der Steuerfläche 42 anliegt, gegeneinander abgedichtet sind. Jeweils genau eine der vier Zylinderbohrungen 30 ist mit genau einer der vier Steuernuten 43, 44, 45 und 46 fluidisch verbunden. Um die Verbindung zwischen einer Zylinderbohrung 30 und einer Steuernut zu bewerkstelligen, ist in den Grundkörper 24 der Zylindertrommel 13 in einem geringen Abstand zu der inneren Stirnseite 41 eine als Sackbohrung ausgebildete Radialbohrung 47 eingebracht, die die Zylinderbohrungen schneidet und die außen durch eine Verschlussschraube 48 verschlossen ist. In jede Radialbohrung 47 mündet eine von der Stirnseite 41 der Zylindertrommel 13 ausgehende Axialbohrung 49, wobei die Abstände der insgesamt vier Axialbohrungen 49 von der Mittelachse 24 derart verschieden sind, dass eine erste Radialbohrung 49 an der Stirnseite 41 zur Steuernut 43, eine zweite Radialbohrung 49 an der Stirnseite 41 zur Steuernut 44, eine dritte Radialbohrung 49 an der Stirnseite 41 zur Steuernut 45 und eine vierte Radialbohrung 49 an der Stirnseite 41 zur Steuernut 46 hin offen ist. Jede Steuernut 43, 44, 45 und 46 wiederum ist über eine nicht näher dargestellte Bohrung im Steuerspiegel 14 und einen ebenfalls nicht dargestellten Kanal in der Anschlussplatte 11 mit einem von vier an der Anschlussplatte ausgebildeten Arbeitsanschlüssen 50 fluidisch verbunden.
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Die Verdrängerkolben 36 weisen an ihrem der Schwenkwiege 15 zugewandten Ende einen kugelförmigen Kopf 55 auf, der in eine korrespondierende Ausnehmung eines Gleitschuhs 56 eintaucht, so dass zwischen Verdrängerkolben und Gleitschuh ein Kugelgelenk gebildet ist. Mittels der Gleitschuhe 56 stützen sich die Verdrängerkolben 36 an der Schwenkwiege 15 ab, so dass die Verdrängerkolben 36 im Betrieb in den Laufbuchsen und in den Zylinderbohrungen 30 eine Hubbewegung ausführen. Die Größe des Hubs wird dabei von der Neigung der verschwenkbaren Schwenkwiege 15 bestimmt. Zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege 15 ist eine Stellvorrichtung 57 vorgesehen.
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Damit die Verdrängerkolben 36 nicht von der Schwenkwiege 15 abheben, sondern auch während des sogenannten Saughubs an der Schwenkwiege verbleiben, ist eine Rückzugplatte 58 vorgesehen, die an einer an jedem Gleitschuh 56 ausgebildeten Schulter anliegt und für jeden Gleitschuh einen Durchbruch 59 aufweist, durch den der Gleitschuh zur Umfassung des kugelförmigen Kopfes 55 eines Verdrängerkolbens 36 hindurchgreift. Der Durchbruch ist so groß, dass die Gleitschuhe in einer Ebene parallel zu der Anlagefläche an der Schwenkwiege 15 die notwendige Bewegungsfreiheit haben. Die Rückzugplatte 58 hat eine zentrale Öffnung 60, die einen konischen oder sphärischen Rand 61 aufweist und einen solchen kleinsten Durchmesser hat, dass ein großer Freiraum zwischen der Rückzugplatte und der Antriebswelle 12 vorhanden ist. Somit ist Platz für eine Rückzugkugel 64, die nach Art einer Kugelschicht ausgebildet ist und demgemäß eine Kugelzone 65 als Außenfläche aufweist, mit der sie gegen den Rand 61 der Rückzugplatte 58 gedrückt wird. Die Rückzugkugel 64 hat zentral einen gestuften axialen Durchbruch, so dass man an ihr eine Art Innenbund 66, der die Antriebswelle 12 eng umgibt, und einen axial längeren buchsenartigen Abschnitt 67, der den Trommelhals 27 umgibt, voneinander unterscheiden kann. Der Innenbund 66 hat einen axialen Abstand von dem Trommelhals 27, so dass zwischen dem Trommelhals 27, der Antriebswelle 12 und der Rückzugkugel 64 ein ringförmiger Freiraum 68 vorhanden ist.
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In diesem befindet sich ein Stapel von Tellerfedern 69, der axial zwischen der Rückzugkugel 64 und einer axialen Ringfläche 70 des Trommelhalses 27 eingespannt ist und die Rückzugkugel 64 gegen die Rückzugplatte 58, diese gegen die Gleitschuhe 56 und diese gegen die Schwenkwiege 15 drückt.
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Im Betrieb wird beim Einfahren eines Verdrängerkolbens 36 in eine Zylinderbohrung 30 über eine Radialbohrung 47, eine Axialbohrung 49 und eine der Steuernuten im Steuerspiegel 14 zu einem Arbeitsanschluss 50 an der Anschlussplatte 11 und weiter in die eine Zylinderkammer eines Gleichgangzylinders verdrängt, während von der anderen Zylinderkammer des Gleichgangzylinders Druckmittel in eine Zylinderbohrung 30 mit einem ausfahrenden Verdrängerkolben 36 fließt. In dem Fluidpfad, in dem Druckmittel von einer Zylinderbohrung 30 zu einem Arbeitsanschluss 50 des Vibrationsantriebs verdrängt wird, baut sich ein Druck auf, der auch in der entsprechenden rundum laufenden Steuernut des Steuerspiegels 14 ansteht. Dadurch wirkt zwischen der Zylindertrommel 13 und dem Steuerspiegel 14 eine abhebende axiale Kraft Fab , deren Angriffspunkt auf der Mittelachse 25 liegt. Der aufgebaute Druck steht auch in der Zylinderbohrung 30 an, und erzeugt an einer Fläche, die gleich dem Querschnitt eines Verdrängerkolbens 36 abzüglich des Querschnitts der Axialbohrung 49 ist, eine andrückende axiale Kraft Fan , die die Zylindertrommel 13 gegen den Steuerspiegel 14 drückt. Der Angriffspunkt der andruckenden Kraft Fan hat einen Abstand von der Mittelachse 25. Die Kräfte Fab und Fan sowie ihre Angriffspunkte sind in 2 eingetragen. Wird gerade aus mehreren Zylinderbohrungen 30 Druckmittel verdrängt, wie dies bei dem gezeigten Vibrationsantrieb mit vier Zylinderbohrungen und vier Verdrängerkolben, der Fall ist, so summieren sich die einzelnen andrückenden Kräfte zu einer Gesamtkraft Fan, deren Angriffspunkt weiterhin einen Abstand von der Mittelachse 25 hat.
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Aufgrund der verschiedenen Angriffspunkt der Kraft Fab und der Kraft Fan entsteht an der Zylindertrommel 13 ein Kippmoment, das die Zylindertrommel 13 einseitig von dem Steuerspiegel abzuheben sucht. Um das zu verhindern, wird erfindungsgemäß die Zylindertrommel 13 mit einer Kraft an den Steuerspiegel angepresst, die in der Mittelachse 25 wirkt.
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Dazu ist zunächst der ringförmige Freiraum 68 zwischen dem Trommelhals 27, der Antriebswelle 12 und der Rückzugkugel 64 zum Gehäuseinnenraum hin abgedichtet. Wie besonders deutlich aus der vergrößerten Darstellung gemäß 4 hervorgeht, weist der Trommelhals 27 außen eine Ringnut 75 auf, in die ein Dichtring 76 eingelegt ist, der radial an dem Abschnitt 67 der Rückzugkugel 64 anliegt. Auch in die Antriebswelle 12 ist eine Ringnut 77 eingebracht, in die ein an dem Innenbund 66 der Rückzugkugel 64 anliegender Dichtring 78 eingelegt ist. Alternativ können sich, wie dies in 5 gezeigt ist, die Ringnuten 75 und 77 auch in der Rückzugkugel 64 befinden. Somit ist der Freiraum 68 an den Spalten zwischen der Rückzugkugel 65 und der Antriebswelle 12 sowie dem Trommelhals 27 gegen das Gehäuseinnere abgedichtet und kann als Druckraum, insbesondere als Rückzugkugeldruckraum bezeichnet werden. Der Druck in ihm kann höher als der außerhalb der Zylindertrommel und der Rückzugkugel herrschende Gehäusedruck sein.
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Das Spiel zwischen den Verzahnungen 28 und 29 von Zylindertrommel 13 und Antriebswelle 12 ist so groß, dass der Rückzugkugeldruckraum 68 und der zentrale Hohlraum 26 der Zylindertrommel als ein Druckraum angesehen werden können. Zur weiteren Abdichtung dieses Druckraums ist die Lagerbuchse 17 so ausgebildet, dass sie als Spaltdichtung wirkt. Der Raum 80 vor der in die Anschlussplatte 11 eingetauchten Stirnseite der Antriebswelle 12 ist über einen als Verbohrung 81 ausgebildeten Fluidpfad zum Gehäuseinneren hin von Druck entlastet. Der durch die Abdichtungen zwischen der Rückzugkugel, der Antriebswelle 12 und der Zylindertrommel 13 einerseits und durch die Spaltdichtung über die Lagerbuchse 17 andererseits entstandene Druckraum ist über eine Bohrung 82 in der Anschlussplatte 11 sowie über einen Pfad axial zwischen dem Steuerspiegel 14 und der Anschlussplatte und radial zwischen dem Steuerspiegel 14 und der Antriebswelle 12 von einer externen Druckquelle her mit einem Anpressdruck beaufschlagbar. Dafür geht die Bohrung 82 von einem externen Druckanschluss 83 an der Anschlussplatte 11 aus. Der Anpressdruck erzeugt eine zusätzliche in der Mittelachse 25 an der Zylindertrommel 13 angreifende Kraft. Diese Kraft presst die Zylindertrommel 13 an den Steuerspiegel 14 an, da der Außendurchmesser des Trommelhalses 27 größer ist als der Durchmesser, innerhalb dessen der Anpressdruck an der inneren Stirnseite 41 der Zylindertrommel 13 wirkt.
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Der durch die verschiedenen Abdichtungen entstandene Druckraum ist auch ohne den Anschluss an eine äußere Druckquelle von Vorteil. Bei einem kurzzeitigen Abheben der Zylindertrommel 13 von dem Steuerspiegel 14 wird schlagartig sehr viel Druckmittelmenge in den Druckraum gepresst. Dadurch steigt dort der Druck stark an. Dieser Druck erzeugt eine anpressende Kraft, welche dem Abheben entgegenwirkt.
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Da in 3 gezeigte Triebwerk des zweiten Ausführungsbeispiels weist wie das Triebwerk des ersten Ausführungsbeispiels eine Antriebswelle 12, eine Zylindertrommel 13, einen Steuerspiegel 14, sowie eine in ihrer Neigung bezüglich der Achse der Antriebswelle verstellbare Schwenkwiege 15. Die Ausbildung ist ähnlich derjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Im Folgenden soll deshalb in erster Linie auf die Unterschiede eingegangen werden.
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Die Antriebswelle 12 ist über ein Wälzlager 16 und ein Wälzlager 87, das an die Stelle der Lagerbuchse 17 aus der 1 getreten ist, drehbar gelagert. Wie die Lagerbuchse 17 so soll auch das Wälzlager 87 eine Abdichtfunktion haben. Es ist deshalb als Lager mit zwei Dichtringen 88 ausgebildet.
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Das in 3 gezeigte Triebwerk ist eines für eine standardmäßige Verstellpumpe. In den Grundkörper 21 sind dazu über den Umfang gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von auf dem gleichen Teilkreis liegende Zylinderbohrungen 30, zum Beispiel acht oder neun Zylinderbohrungen eingebracht, die wie im ersten Ausführungsbeispiel leicht schräg gegen die Mittelachse 25 angestellt sind. Die Zylinderbohrungen 30 sind über Durchlässe 89 zu der dem Steuerspiegel 14 zugekehrten, inneren Stirnfläche 41 der Zylindertrommel 13 hin offen, wobei der Querschnitt der Durchlässe 89 in einer senkrecht auf der Mittelachse 25 stehenden Ebene kleiner ist als der Querschnitt der Zylinderbohrungen 30 in einer solchen Ebene. Dadurch wird durch den Druck in den Zylinderbohrungen 30, aus denen gerade Druckmittel verdrängt wird, eine axial gerichtete Kraft erzeugt, die die Zylindertrommel 13 an den Steuerspiegel 14 anpresst und deren Angriffspunkt einen Abstand von der Mittelachse 25 hat.
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In dem Steuerspiegel 14 sind genau zwei Steuernuten 90 und 91 ausgebildet, die sich kreisbogenförmig über einen Winkel von weniger als 180 Grad erstecken und zwischen denen sich zwei Umsteuerbereiche befinden. Die Steuernuten sind an der der Zylindertrommel 13 zugewandten Seite des Steuerspiegels 14 zu einem zentralen Durchgang des Steuerspiegels durch einen Dichtsteg 92 abgedichtet. An der der Zylindertrommel 13 abgewandten Seite des Steuerspiegels 14 sind die Steuernuten offen, gehen also durch den Steuerspiegel hindurch, und sind über Fluidkanäle in einer nicht gezeigten Anschlussplatte mit zwei Außenanschlüssen der Verstellpumpe fluidisch verbunden. Eine Steuernut kann sich auch aus mehreren Einzelöffnungen zusammensetzen. Ist die Verstellpumpe für den Einsatz in einem offenen hydraulischen Kreislauf konzipiert, so ist eine der Steuernuten die Hochdrucknut und die andere Steuernut die Niederdrucknut, wobei der Fluidkanal zwischen der Niederdrucknut und dem entsprechenden Arbeitsanschluss 50 und dieser Arbeitsanschluss mit größeren Querschnitten als der andere Fluidkanal und der andere Arbeitsanschluss ausgebildet ist. Ist die Verstellpumpe für den Einsatz in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf konzipiert, so können beide Steuernuten wechselweise die Hochdrucknut und die Niederdrucknut sein. Die Durchlässe 89 überstreichen bei Drehung der Zylindertrommel 13 die Steueröffnungen 90 und 91 und werden während eines Umlaufs nacheinander mit dem einen und dem anderen Arbeitsanschluss verbunden. Zwischen den die Hochdrucknut einfassenden Dichtstegen und der Zylindertrommel 13 bilden sich Druckfelder aus, die der Anpresskraft der Zylindertrommel entgegenwirken. An dem Steuerspiegel 14 können auch zusätzliche sogenannte Druckentlastungsfelder ausgebildet sein, durch die bewirkt werden soll, dass die Zylindertrommel 13 nicht zu stark an den Steuerspiegel 14 angedrückt wird.
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Es sei darauf hingewiesen, dass in der Darstellung gemäß 3 die Drehlage der Zylindertrommel 13 relativ zum Steuerspiegel 14 nicht der Realität entspricht. Gemäß 3 befinden sich ein Verdrängerkolben 36 an seinem inneren Totpunkt, in dem er am weitesten in seine Zylinderbohrung 30 eingeschoben ist, und ein Verdrängerkolben 36 an seinem äußeren Totpunkt, in dem er am weitesten aus seiner Zylinderbohrung 30 herausragt. Deshalb überstreichen in der gezeigten Drehlage der Zylindertrommel die beiden ersichtlichen Durchlässe 89 gerade die Umsteuerbereiche an dem Steuerspiegel 14, so dass, wäre der Steuerspiegel 14 in derselben Ebene wie die Zylindertrommel 13 geschnitten, die Steuernuten 90 und 91 nicht sichtbar wären. Um das Zusammenwirken der Durchlässe 89 und der Steuernuten 90 und 91 besser erkennen zu können, ist die Darstellungsweise gemäß 3 gewählt.
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Bei einem Triebwerk nach Art des in 3 dargestellten Triebwerks für eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Verstellpumpe kann die Zylindertrommel anwendungsabhängig kurzzeitig vom Steuerspiegel 14 abheben, weil die Entlastungskraft die Anpresskraft übersteigt oder ein Kippmoment zu groß wird. Dann wird schlagartig eine große Druckmittelmenge in den Innenraum zwischen der Antriebswelle 12 und der Zylindertrommel gepresst, wodurch dort aufgrund der Drosselwirkung der beiden ineinandergreifenden Verzahnungen 28 und 29 an der Zylindertrommel und an der Antriebswelle der Druck stark ansteigt. Dieser Druck erzeugt eine zusätzliche Kraft in Entlastungsrichtung, so dass das Abheben verstärkt wird und eine Zerstörung des Triebwerks möglich ist.
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Erfindungsgemäß ist nun auch bei dem Triebwerk gemäß 3 der Freiraum 68 zwischen der Zylindertrommel 13, der Antriebswelle 12 und der Rückzugkugel 64 abgedichtet und bildet einen Rückzugkugeldruckraum. Und zwar liegt ein erster Dichtring 76 in einer außen am Trommelhals 27 ausgebildeten Ringnut 75 und dichtet zwischen der Rückzugkugel 64 und der Zylindertrommel 13 ab. Ein zweiter Dichtring 78 liegt in einer innen an dem Innenbund 66 der Rückzugkugel 64 ausgebildeten Ringnut 77 und dichtet zischen der Rückzugkugel und der Antriebswelle 12 ab. Bei einem Abheben der Zylindertrommel 13 vom Steuerspiegel 14 steigt somit der Druck nicht nur in dem zentralen Hohlraum 26, sondern auch in dem ringförmigen Rückzugkugeldruckraum 68 an, so dass an der axialen Ringfläche 70 des Trommelhalses eine Kraft erzeugt wird, die die Zylindertrommel an den Steuerspiegel 14 anzudrücken sucht. Diese Kraft ist im vorliegenden Fall sogar größer als die durch den Druck im Hohlraum 26 erzeugte und in Abheberichtung wirkende Kraft, da der Dichtdurchmesser zwischen dem Trommelhals 27 und der Rückzugkugel 64 größer ist als der Innendurchmesser des Dichtstegs 92.
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Somit wird also durch ein Abheben der Zylindertrommel 13 von dem Steuerspiegel 14 eine resultierende Zusatzkraft in Anpressrichtung erzeugt, die dem Abheben entgegenwirkt. Dadurch wird das Triebwerk wirksam vor einer Zerstörung geschützt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- topfartiges Gehäuse
- 11
- Anschlussplatte
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Zylindertrommel
- 14
- Steuerspiegel
- 15
- Schwenkwiege
- 16
- Wälzlager
- 17
- Lagerbuchse
- 24
- Grundkörper von 13
- 25
- Mittelachse 24
- 26
- zentraler Hohlraum in 24
- 27
- Trommelhals
- 28
- Verzahnung an 24
- 29
- Verzahnung an 12
- 30
- Zylinderbohrung
- 31
- äußere Stirnseite von 13
- 32
- Laufbuchse in 30
- 36
- Verdrängerkolben
- 40
- Gleitschicht an 13
- 41
- innere Stirnseite von 13
- 42
- Steuerfläche von 14
- 43
- Steuernut in 14
- 44
- Steuernut in 14
- 45
- Steuernut in 14
- 46
- Steuernut in 14
- 47
- Radialbohrung in 13
- 48
- Verschlussschraube
- 49
- Axialbohrung
- 50
- Arbeitsanschluss in 11
- 55
- kugelförmigen Kopf von 36
- 56
- Gleitschuh
- 57
- Stellvorrichtung
- 58
- Rückzugplatte
- 59
- Durchbrüche in 58
- 60
- zentrale Öffnung in 58
- 61
- Rand von 60
- 64
- Rückzugkugel
- 65
- Kugelzone an 64-
- 66
- Innenbund an 65
- 67
- axialer Abschnitt an 65
- 68
- ringförmiger Freiraum, Rückzugkugeldruckraum
- 69
- Tellerfeder
- 70
- Ringfläche an 27
- 75
- Ringnut in 27
- 76
- Dichtring in 75
- 77
- Ringnut in 12
- 78
- Dichtring in 77
- 80
- Raum in 11
- 81
- Verbohrung in 11
- 82
- Bohrung in 11
- 83
- externer Druckanschluss
- 87
- Wälzlager
- 88
- Dichtringe an 87
- 89
- Durchlass
- 90
- Steuernut in 14
- 91
- Steuernut in 14
- 92
- Dichtsteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013208454 A1 [0002]
- DE 102015223037 A1 [0004, 0007]