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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, insbesondere eine hydrostatische Axialkolbenpumpe. Die hydrostatische Axialkolbenmaschine weist auf ein Gehäuse, eine Triebwelle, die um eine Drehachse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, eine Schwenkwiege, die über Gleitlagerflächen um eine Schwenkachse schwenkbar im Gehäuse gelagert ist und von einem Stellkolben in zumindest eine Richtung um die Schwenkachse verschwenkbar ist, 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 Stirnseite der Zylindertrommel aus dieser herausragt und sich über einen Gleitschuh an einer ebenen Gleitfläche der Schwenkwiege abstützt. Zur Entlastung der Schwenkwiegenlagerung befindet sich in einer Gleitlagerfläche eine Drucktasche, die über eine in der Gleitfläche der Schwenkwiege ausmündende Entlastungsbohrung und über Fluidpfade in den Gleitschuhen und in den Verdrängerkolben mit einer Zylinderbohrung verbunden und von Druck beaufschlagbar ist, wenn ein Gleitschuh eines sich gerade auf der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine befindlichen Verdrängerkolbens über die Entlastungsbohrung hinwegfährt, und die mit dem Inneren des Gehäuses verbunden ist, wenn sich die Entlastungsbohrung zwischen zwei Gleitschuhen befindet. Die Drucktasche befindet sich üblicherweise in einer Gleitlagerfläche der Schwenkwiege. Bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen der bezeichneten Art ändert sich das während einer Umdrehung der Zylindertrommel von den Verdrängerkolben auf die Schwenkwiege ausgeübte Wiegenmoment um die Schwenkachse unabhängig von den in den Zylinderbohrungen anstehenden Druck periodisch.
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Eine verschwenkbare Schrägscheibe wird auch Schwenkwiege genannt. Oben und im Folgenden ist der Begriff ist verwendet. Die periodische Druckbeaufschlagung und Druckentlastung der Drucktasche in einer Gleitlagerfläche führt zu einer pulsierenden Flüssigkeitsmenge, die von der Drucktasche aus als Schmierflüssigkeit zwischen die Gleitlagerflächen gelangt und wird auch Pulsschmierung genannt. Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer solchen Pulsschmierung und den oben genannten Merkmalen ist zum Beispiel aus der
DE 21 01 078 A bekannt.
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Durch eine Änderung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege kann das Hubvolumen einer verstellbaren hydrostatische Axialkolbenmaschinen, nämlich das Fördervolumen bei einer Pumpe und das Schluckvolumen bei einem Motor, verstellt werden, bei einer Pumpe werden in Schrägscheibenbauweise sind in ihrem Saug- bzw. Schluckvolumen über den Winkel einer Schwenkwiege und damit Einstellung ihres Hubvolumens einstellbar. Die Schwenkwiege wird dabei meist hydraulisch mit Hilfe einer Stellvorrichtung verschwenkt, die einen eine Stellkammer begrenzenden Stellkolben aufweist, der über ein Stellventil angesteuert wird. Allerdings zeigt die Schwenkwiege im Betrieb Schwingungen, die eine periodische Kompression und Dekompression der Hydraulikflüssigkeit in der Stellkammer und damit Pulsationen des in der Stellkammer anstehenden Stelldrucks verursachen. Bei einer großen Aufspreizung des Wiegenmoments kann es zu so großen Stelldruckpulsationen kommen, dass der Stelldruck auf Obar zusammenbricht. Solche Stelldruckpulsationen führen zu Instabilitäten und zu einer unerwünschten Geräuschemission der Axialkolbenmaschine.
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Die Schwingungen der Schwenkwiege entstehen durch ein ungleichmäßiges Wiegenmoment, welches durch die sich zyklisch ändernden Kräfte und Angriffspunkte der Verdrängerkolben auf die Schwenkwiege verursacht wird. Bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit einer geraden Anzahl z von Verdrängerkolben beträgt die Periodenlänge des Wiegenmoments (360 Grad) / z und bei einer Axialkolbenmaschine mit einer ungeraden Anzahl z von Verdrängerkolben 180 Grad / z. Diese Periodizität liegt unabhängig davon vor, ob die Schwenkwiege mittig gelagert ist, die Schwenkachse also die Drehachse der Triebwelle schneidet, oder exzentrisch gelagert ist, die Schwenkachse, in Richtung der Schwenkachse betrachtet, also einen Abstand von der Drehachse der Triebwelle hat und diese Drehachse nicht schneidet.
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Es ist von in der Praxis eingesetzten hydrostatischen Axialkolbenmaschinen her bekannt, zwischen dem Stellventil und der Axialkolbenmaschine eine Zwischenplatte zu montieren, die einen mit dem Fluidpfad zwischen dem Stellventil und der Stellkammer verbundenen Anschluss aufweist. An diesem Anschluss ist ein im Kreis geführter Dämpfungsschlauch angeschlossen. Der Dämpfungsschlauch weist eine geringe Steifigkeit, also eine hohe Nachgiebigkeit auf und kann daher durch ein Vergrößern und ein Verkleinern seines Volumens einem Anstieg und einem Abfall des Stelldrucks entgegenwirken. Dadurch werden die Stelldruckpulsationen merkbar reduziert.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die zusätzliche Zwischenplatte und der Dämpfungsschlauch Einbauraum beanspruchen und zusätzliche Herstellungskosten verursachen. Der Dämpfungsschlauch muss, zum Beispiel durch Entlüften, gewartet werden, was abhängig von der Einbaulage sehr aufwändig sein kann. Zusätzlich altert ein Dämpfungsschlauch und muss deshalb auch aus sicherheitstechnischen Gründen regelmäßig ausgetauscht werden. Druckspitzen können den Dämpfungsschlauch durch eine zu große, eventuell sogar plastische Dehnung beschädigen.
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Aus der
DE 10 2009 006 909 A1 ist es bekannt, zur Verringerung von Stelldruckpulsationen einen an den Fluidpfad zwischen der Stellkammer und dem Stellventil angrenzenden federbelasteten Dämpfungskolben vorzusehen. Dies verursacht zusätzliche Kosten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine der eingangs bezeichneten Art, so weiterzuentwickeln, dass ohne großen baulichen Aufwand und weitgehend kostenneutral die Stelldruckpulsationen verringert sind.
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Diese Aufgabe wird für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, dass die Mündung der Entlastungsbohrung in der Gleitfläche der Schwenkwiege derart angeordnet ist, dass während einer Umdrehung der Zylindertrommel die Entlastung des Schwenkwiegenlagers bei einem großen von den Verdrängerkolben auf die Schwenkwiege ausgeübten Wiegenmoment um die Schwenkachse geringer ist als bei einem kleinen von den Verdrängerkolben auf die Schwenkwiege ausgeübten Wiegenmoment um die Schwenkachse. In einem Zeitraum, in dem die Drucktasche von Druck entlastet ist, ist die Reibung im Lager der Schwenkwiege hoch, so dass das von den Verdrängerkolben auf die Schwenkwiege ausgeübte hohe Wiegenmoment nur in einer um das erhöhte Reibmoment verringerten Höhe auf den Stellkolben übertragen wird. In einem Zeitraum, in dem die Drucktasche mit Druck beaufschlagt ist, ist die Reibung im Schwenkwiegenlager gering. Das in diesem Zeitraum geringere von den Verdrängerkolben ausgeübte Wiegenmoment wird also in einer durch das kleine Reibmoment nur geringfügig reduzierten oder sogar weitgehend unvermindert Höhe auf den Stellkolben übertragen. Durch die zeitliche Abstimmung der Pulsschmierung auf das sich periodisch ändernde Wiegenmoment ergeben sich also nur noch Pulsationen von geringer Amplitude im Stelldruck.
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Vorteilhafterweise mündet in einer auf einer durch die Drehachse der Triebwelle gehenden und senkrecht auf der Schwenkachse der Schwenkwiege stehenden Ebene liegenden Hälfte der Gleitfläche der Schwenkwiege nur eine einzige der Pulsschmierung und Entlastung der Schwenkwiegenlagerung dienende Entlastungsbohrung aus. Üblicherweise erstreckt sich die Triebwelle zentral durch die Schwenkwiege hindurch. Zwischen dieser und dem Gehäuse sind dann zwei in Richtung der Schwenkachse voneinander beabstandete Gleitlager vorgesehen. Es ist denkbar, dass, auch wenn die Axialkolbenmaschine für einen Einquadrantenbetrieb konzipiert ist, also die Schwenkwiege nur zwischen einem minimalen und einem maximalen Hubvolumen verstellbar ist und nur ein Betrieb entweder als Pumpe oder als Motor vorgesehen ist, für jedes Gleitlager eine Drucktasche und eine Entlastungsbohrung vorhanden sind. Allerdings ist im Betrieb nur die Drucktasche auf der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine wirksam. Das zweite Druckfeld und die zweite Entlastungsbohrung haben den Vorteil, dass die gleiche Schwenkwiege auch für eine Variante mit umgekehrter Drehrichtung verwendet werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführung ergeben die aufsummierten Winkel, in denen die Drucktasche während einer Umdrehung der Zylindertrommel von Druck beaufschlagt wird, etwa 156 Grad.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung ist sowohl bei einer Axialkolbenmaschine mit einer geraden Anzahl als auch bei einer Axialkolbenmaschine mit einer ungeraden Anzahl von Verdrängerkolben und sowohl bei einer Axialkolbenmaschine mit einer mittig gelagerten Schwenkwiege als auch bei einer Axialkolbenmaschine mit einer exzentrisch gelagerten Schwenkwiege möglich und von Vorteil.
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Die Mündung der Entlastungsbohrung befindet sich bevorzugt außerhalb einer senkrecht auf der Gleitfläche stehenden Ebene, in der die Schwenkachse liegt.
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Ist die Schwenkwiege exzentrisch gelagert, so befindet sich die Mündung der Entlastungsbohrung bevorzugt auf der Seite der senkrecht auf der Gleitfläche stehenden Ebene, auf der der größere Teil der Gleitfläche der Schwenkwiege liegt.
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Wenn die Anzahl der Verdrängerkolben ungerade ist, hat das Wiegenmoment in einer von einem kleinsten Wert zum nächsten kleinsten Wert reichenden Periode zwei etwa gleich große in die eine Schwenkrichtung der Schwenkwiege gerichtete Maxima und zwischen diesen ein Minimum. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn dann die Mündung der Entlastungsbohrung derart angeordnet ist, dass sie beginnend in der Nähe des Minimums über das eine Maximum hinweg mit einer Zylinderbohrung verbunden ist und dass diese Verbindung endet, bevor der kleinste Wert des Wiegenmoments erreicht wird.
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In einer besonderen Ausführung mündet die Entlastungsbohrung in einer Ebene aus, die parallel zur Schwenkachse der Schwenkwiege verläuft und in der die Drehachse der Triebwelle liegt.
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Ist die Schwenkwiege exzentrisch gelagert und einseitig von einem Schwenkwinkel nahe oder gleich null hin zu größeren Schwenkwinkeln ausschwenkbar, so ist es von Vorteil, wenn das von den Triebwerkskolben auf die Schwenkwiege ausgeübte Wiegenmoment im Wesentlichen in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels und ein vom Stellkolben auf die Schwenkwiege ausgeübtes Drehmoment in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirken.
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Befindet sich die Mündung der Entlastungsbohrung außerhalb einer senkrecht auf der Gleitfläche stehenden Ebene, in der die Schwenkachse liegt, so liegt der Winkel zwischen einem in der Gleitfläche liegenden und durch die Drehachse der Triebwelle gehenden Radiusstrahl und einem in der Gleitfläche liegenden und durch die Drehachse der Triebwelle und die Mündung der Entlastungsbohrung gehenden Radiusstrahl bevorzugt im Bereich zwischen neun Grad und 10 Grad, ist insbesondere 9,5 Grad.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen als Axialkolbenpumpe ausgebildeten hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
- 1 einen Längsschnitt durch die Axialkolbenpumpe,
- 2 eine Draufsicht auf die Lagerflächen der Schwenkwiege der Axialkolbenpumpe aus 1,
- 3 eine vereinfachte Draufsicht auf die Gleitfläche der Schwenkwiege aus 2 und,
- 4 ein Diagramm mit dem Verlauf des aus Kolbenkräften herrührenden Wiegenmoments während einer Umdrehung der Axialkolbenpumpe und der Angabe eines Bereichs, innerhalb dessen die Schwenkwiegenlagerung hydraulisch entlastet wird.
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Die hydrostatische Axialkolbenpumpe nach 1 ist eine Verstellpumpe in Schrägscheibenbauart für hydrostatische Antriebe in einem offenen hydraulischen Kreislauf. Der Volumenstrom der Axialkolbenpumpe ist proportional zur Antriebsdrehzahl und zum Verdrängungsvolumen, das heißt zu der pro Umdrehung geförderten Druckmittelmenge Die Verstellpumpe umfasst ein topfartiges Gehäuse 10, eine das offene Ende des Gehäuses 10 verschließende Anschlussplatte 11, in der sich nicht näher dargestellte Arbeitsanschlüsse, nämlich eine Druckanschluss und ein Sauganschluss, befinden, eine Antriebswelle 12, eine Zylindertrommel 13, eine Steuerplatte 14, die sich zwischen der Zylindertrommel 13 und der Anschlussplatte 11 befindet und relativ zur Anschlussplatte feststeht, sowie eine in ihrer Neigung bezüglich der Achse der Antriebswelle verstellbare Schwenkwiege 15. Diese kann zwischen einer Position, in der sie nahezu senkrecht zur Achse der Antriebswelle 12 steht und die als Nullstellung bezeichnet wird, und einer in 1 gezeigten Position maximalen Schwenkwinkels verschwenkt werden.
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Die Antriebswelle 12 ist im Boden des Gehäuses 10 und in der Anschlussplatte 11 über Wälzlager 16 und 17 drehbar um eine Drehachse 18 gelagert und greift zentriert durch einen zentralen Durchbruch der Zylindertrommel 13 hindurch. Diese ist mit der Antriebswelle 12 drehfest, jedoch axial beweglich verbunden und kann deshalb ohne Spiel an der Steuerplatte 14 anliegen.
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Die Zylindertrommel 13 weist einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Grundkörper 21 mit einer Mittelachse 22 auf. Der Grundkörper 21 besitzt einen in Richtung der Mittelachse durchgehenden, zentralen Hohlraum 23, durch den die Antriebswelle 12 hindurchgeht. In den Grundkörper 21 sind über den Umfang gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl von sieben auf dem gleichen Teilkreis liegende Zylinderbohrungen 24 eingebracht, die parallel zur Mittelachse 22, die mit der Drehachse 18 der Antriebswelle 12 zusammenfällt, verlaufen. Von jeder Zylinderbohrung 24 ist ein Verdrängerkolben 28 aufgenommen und in Längsrichtung geführt.
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Die büchsenartigen Verdrängerkolben 28 weisen an dem der Schwenkwiege 15 zugewandten Ende einen kugelförmigen Kopf 29 auf, der unverlierbar in eine korrespondierende Ausnehmung eines Gleitschuhs 30 eintaucht, so dass zwischen Verdrängerkolben und Gleitschuh ein Kugelgelenk gebildet ist. Mittels der Gleitschuhe 30 stützen sich die Verdrängerkolben 28 an einer ebenen Gleitfläche 31 der Schwenkwiege 15 ab. Die Gleitschuhe 30 haben in ihrer der Gleitfläche 31 der Schwenkwiege zukehrten Gleitfläche 32 eine zentrische Drucktasche 33.
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Jeder Verdrängerkolben 28 wird von einer Schraubendruckfeder 34, die zwischen dem Boden der jeweiligen Zylinderbohrung 24 und dem jeweiligen Verdrängerkolben 28 eingespannt ist, in eine Richtung aus der Zylinderbohrung 24 heraus belastet. Die Schraubendruckfedern 34 sorgen dafür, dass die Verdrängerkolben 28 im Saughub der Gleitfläche 31 der Schwenkwiege folgen und aus den Zylinderbohrungen 24 ausfahren, und tragen somit mit dazu bei, dass die Verdrängerkolben 28 im Betrieb in den Zylinderbohrungen 24 eine Hubbewegung ausführen. Die Größe des Hubs wird dabei von der Neigung der Gleitfläche 31 der verschwenkbaren Schwenkwiege 15 bestimmt.
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Die Schwenkwiege 15 ist über zwei kreiszylindrische Lagerflächen 37 und 38 in in das Gehäuse 10 eingesetzten Lagerschalen 39, die Lagerflächen 40 haben, um eine Schwenkachse 41 schwenkbar im Gehäuse 10 gelagert. Zur Schmierung der Lagerflächen 37, 38 und 40 und zur hydrostatischen Entlastung der Lagerflächen befindet sich in der Lagerfläche 37 eine Drucktasche 42 und in der Lagerfläche 38 der Schwenkwiege 15 eine Drucktasche 43. In jede Drucktasche führt ein Fluidkanal, der sich aus einer von der Drucktasche ausgehenden längeren Schrägbohrung 44 größeren Durchmessers und einer kurzen Entlastungsbohrung 45 zusammensetzt, die einen sehr kleinen Durchmesser hat und sehr kurz ist. Die Entlastungsbohrung wirkt deshalb als Düse. In einer auf einer Seite einer durch die Drehachse 18 der Antriebswelle 12 gehenden und senkrecht auf der Schwenkachse der Schwenkwiege 15 stehenden Ebene 46 liegenden Hälfte der Gleitfläche 31 der Schwenkwiege 15 mündet also genau eine einzige der Pulsschmierung und Entlastung der Schwenkwiegenlagerung dienende Entlastungsbohrung 45 aus.
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In der schematischen Darstellung der Schwenkwiege 15 nach 3 sind die Drucktaschen 42 und 43 außerhalb der Schwenkwiege angedeutet. Es ist in 3 außerdem die kreisförmige Mittelpunktsbahn 47, auf der sich die Gleitschuhe 30 in einem Fall bewegen würden, in dem die Gleitfläche 31 der Schwenkwiege 15 senkrecht auf der Antriebswelle 12 stehen würde. Bei aus der Nullstellung ausgeschwenkter Schwenkwiege 15 ist die Mittelpunktsbahn eine Ellipse.
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Im Betrieb der Axialkolbenpumpe werden die Entlastungsbohrungen 45 abwechselnd über einen durch einen Gleitschuh 30 und einen Verdrängerkolben 28 führenden Fluidpfad mit einer Zylinderbohrung 24 oder zum Inneren des Gehäuses 10 hin geöffnet. Die Verbindung zur Zylinderbohrung 24 währt dabei solange, solange die Entlastungsbohrung 45 zu der Drucktasche 33 eines Gleitschuhs 30 geöffnet ist. Während eines Umlaufs der Zylindertrommel 23 ist die Anzahl, mit der sich dieser Vorgang wiederholt, genauso groß wie die Anzahl z der Zylinderbohrungen 24 und der Verdrängerkolben 28. Die Periodenlänge des Vorgangs ist also (360 Grad) / z, wobei z beim Ausführungsbeispiel gleich sieben ist. Das Überdecken und Öffnen der der Drucktasche 43 auf der Saugseite der Pumpe zugeordneten Entlastungsbohrung 45 ist dabei ohne Wirkung. Denn auf der Saugseite fahren die Verdrängerkolben aus den Zylinderbohrungen 24 aus und in den Zylinderbohrungen herrscht Saugdruck. Die Entlastungsbohrung 45 und damit die Drucktasche 42 in der Lagerfläche 37 dagegen werden innerhalb jeder Periode mit Druck beaufschlagt und wieder von Druck entlastet. Die Lagerfläche 37 der Schwenkwiege 15 durchläuft also während einer Umdrehung der Zylindertrommel 13 mehrmals eine Phase hoher Entlastung, wenn sich in der Drucktasche 42 ein hoher Druck aufbaut, und eine Phase reduzierter Entlastung, wenn sich der Druck in der Drucktasche 42 zum Innern des Gehäuses 10 hin abbaut. Wegen der Drosselwirkung der Entlastungsbohrung 45 und wegen des Abflusses von Druckmittel aus der Drucktasche 42 auch über den Lagerspalt zwischen den Lagerflächen ist der Druck in der Drucktasche und damit die Entlastungskraft gegenüber den Drucksprüngen an der Mündung der Entlastungsbohrung 45 geglättet. Insgesamt ist die Entlastungsbohrung 45 der Drucktasche 42 über einen Winkel von etwa 156 Grad mit den Zylinderbohrungen 24 verbunden.
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Zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege 15 ist eine Stellvorrichtung 49 vorgesehen. Diese umfasst einen Stellzylinder 50, der mit einem Gewindestumpf in die Anschlussplatte 11 eingeschraubt ist und einen Stellkolben 51 aufweist, der gleich den Verdrängerkolben 28 ausgebildet ist und über einen Gleitschuh 52, der gleich den Gleitschuhen 30 ausgebildet ist, an der Schwenkwiege 15 anliegt. Zu der Stellvorrichtung gehört auch ein Stellventil 53, das als Einbaupatrone in die Anschlussplatte 11 eingesetzt ist und mit dem der Zufluss von Druckmittel in eine von dem Stellkolben 51 begrenzte Stellkammer 54 im Stellzylinder 50 und der Abfluss von Druckmittel aus der Stellkammer steuerbar ist.
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Mit dem Stellkolben 39 kann die Schwenkwiege 15 nur hin zu kleineren Schwenkwinkeln verstellt werden. In Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels wirkt zum einen eine Rückstellfeder 55, die zwischen dem Gehäuse 10 und der Schwenkwiege 15 eingespannt ist und dafür sorgt, dass im drucklosen Fall die Schwenkwiege 15 maximal ausgeschwenkt ist.
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Zum andern wirken im Betrieb die Triebwerkskräfte, die von den sich gerade auf der Hochdruckseite befindlichen Verdrängerkolben 28 auf die Schwenkwiege ausgeübt werden, in Ausschwenkrichtung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Schwenkwiege 15 exzentrisch gelagert ist, also eine Schwenkachse 41 hat, die einen Abstand von der Drehachse 18 der Antriebswelle 12 besitzt. Allerdings sind die Triebwerkskräfte nicht konstant, sondern ändern sich während einer Umdrehung der Zylindertrommel periodisch. Bei einer Pumpe mit einer ungeraden Anzahl von Verdrängerkolben ist die Periodenlänge gleich dem halben Winkelabstand zwischen zwei Verdrängerkolben. Das gezeigte Ausführungsbeispiel hat sieben Verdrängerkolben, so dass die Periodenlänge (360 Grad) / (2 mal z) gleich (360 Grad) / 14 ist. Wo die Minima und die Maxima innerhalb der Umdrehung liegen und welchen Wert das Minimum und das Maximum innerhalb einer Periode annehmen, hängt von der speziellen Gestaltung der Axialkolbenpumpe, insbesondere von der Lage der Umsteuerbereiche der Steuerplatte relativ zur Schwenkwiege ab.
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Die periodische Änderung der von den Verdrängerkolben 28 auf die Schwenkwiege 15 ausgeübten Kraft führt auch zu einer Änderung der auf den Stellkolben 51 ausgeübten Kraft und damit zu einer Pulsation des Stelldrucks, der sich aus der Kraft ergibt, gegen die der Stellkolben 51 die Schwenkwiege in Position halten oder verstellen muss. Im ungünstigen Fall kann trotz der exzentrischen Lagerung der Schwenkwiege der Stelldruck auf null abfallen. Damit verbunden sind Unstetigkeiten, die zu erhöhter Geräuschemission und zu Instabilität führen.
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Um dies zu vermeiden, ist bei der gezeigten Axialkolbenpumpe die Mündung der Entlastungsbohrung 45 in der Gleitfläche 31 der Schwenkwiege 15 derart angeordnet, dass während einer Umdrehung der Zylindertrommel 13 die Entlastung des Schwenkwiegenlagers bei einem großen von den Verdrängerkolben 28 auf die Schwenkwiege 15 ausgeübten Wiegenmoment um die Schwenkachse 41 geringer ist als bei einem kleinen von den Verdrängerkolben 28 auf die Schwenkwiege 15 ausgeübten Wiegenmoment um die Schwenkachse 41.
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Und zwar befinden sich, wie aus der schematischen Darstellung gemäß 3 hervorgeht, die Mündungen der Entlastungsbohrungen 45 in der Gleitfläche 31 in einer Ebene 56, die parallel zu der senkrecht auf der Gleitfläche 31 stehenden und die Schwenkachse 41 enthaltende Ebene 57 verläuft und von dieser einen Abstand hat, der gleich der Exzentrizität e der Lagerung der Schwenkwiege 15 ist. Bei einer angenommen senkrechten Lage der Schwenkwiege 15 bezüglich der Drehachse 18 der Antriebswelle 12 enthält die Ebene 56 die Drehachse 18. Die Entlastungsbohrungen 45 befinden sich also auf der Seite der Ebene 57, auf der der größere Teil der Gleitfläche 31 liegt. In einem Winkel bezüglich der Drehachse 18 ausgedrückt, beträgt der Versatz der Entlastungsbohrungen 45 aus der Ebene 57 etwa 9,5 Grad.
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In 4 ist für die gezeigte Axialkolbenpumpe ein realitätsnaher Verlauf des von den Verdrängerkolben 28 ausgeübten Wiegenmoments über eine Umdrehung der Zylindertrommel 13 aufgezeichnet. Negative Werte für das Wiegenmoment bedeuten dort, dass ein Wiegenmoment in Ausschwenkrichtung der Schwenkwiege 15 wirkt, positive Werte bedeuten ein Wiegenmoment in Einschwenkrichtung. Wie allgemein bekannt, bewegt sich der Angriffspunkt der Triebwerkskräfte an der Schwenkwiege bei einer ungeraden Anzahl von Verdrängerkolben auf einer sogenannten Schmetterlingskurve. Demgemäß erkennt man in dem Diagramm nach 4 jeweils vierzehn Maxima und Minima entsprechend den sieben Verdrängerkolben der Axialkolbenpumpe und entsprechend der zu erwartenden vierzehnmaligen Zunahme und Abnahme des Wiegenmoments während einer Umdrehung der Zylindertrommel. Die Minima zweier aufeinanderfolgender Perioden sind etwa gleich, während zwischen den Maxima zweier aufeinanderfolgender Perioden ein großer Unterschied besteht. Das Maximum der einen Periode liegt sogar bei einem positiven Wert, da die Exzentrizität e der Schwenkwiegenlagerung aus baulichen und funktionalen Gründen nicht beliebig groß sein kann. Die Entlastungsbohrung 45 für die Drucktasche 42 ist nun so gelegt, dass die Entlastungsbohrung 45 von einem Zeitpunkt an, an dem das kleinere Maximum erreicht ist, bis kurz vor Erreichen des im positiven Bereich liegenden größeren Maximums mit einer Zylinderbohrung 24 verbunden wird. Für einen Verdrängerkolben 28 ist der Winkelbereich 60 dieser Verbindung in 4 eingezeichnet.
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Durch besondere Lage der Entlastungsbohrung 45 werden die Stelldruckpulsationen überraschenderweise deutlich reduziert. Überraschend erscheint diese Reduktion vor allem deshalb, weil bei der Axialkolbenmaschine mit einer ungeraden Anzahl von Verdrängerkolben während einer Umdrehung der Zylindertrommel 13 einer vierzehnmaligen Zunahme und Abnahme des Wiegenmoments nur eine siebenmalige Zunahme und Abnahme des Drucks in der Drucktasche 42 gegenüberstehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- topfartiges Gehäuse
- 11
- Anschlussplatte
- 12
- Antriebswelle
- 13
- Zylindertrommel
- 14
- Steuerplatte
- 15
- Schwenkwiege
- 16
- Wälzlager
- 17
- Wälzlager
- 18
- Drehachse von 12
- 21
- Grundkörper von 13
- 22
- Mittelachse von 13
- 23
- zentralen Hohlraum von 13
- 24
- Zylinderbohrungen
- 28
- Verdrängerkolben
- 29
- kugelförmigen Kopf von 28
- 30
- Gleitschuh
- 31
- ebene Gleitfläche von 15
- 32
- Gleitfläche an 30
- 33
- zentrische Drucktasche in 32
- 34
- Schraubendruckfeder
- 37
- kreiszylindrische Lagerfläche von 15
- 38
- kreiszylindrische Lagerfläche von 15
- 39
- Lagerschalen
- 40
- Lagerflächen an 39
- 41
- Schwenkachse von 15
- 42
- Drucktasche in 37
- 43
- Drucktasche in 38
- 44
- Schrägbohrung
- 45
- Entlastungsbohrung
- 46
- Ebene
- 47
- Mittelpunktsbahn
- 49
- Stellvorrichtung
- 50
- Stellzylinder
- 51
- Stellkolben
- 52
- Gleitschuh für 52
- 53
- Stellventil
- 54
- Stellkammer
- 55
- Rückstellfeder
- 56
- Ebene
- 57
- Ebene
- e
- Exzentrizität der Schwenkwiegenlagerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2101078 A [0002]
- DE 102009006909 A1 [0007]