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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Übertragen von Torsionskräften zwischen
einem ersten Teil, das eine im Wesentlichen ebene erste Anlagefläche aufweist,
und einem zweiten Teil, das eine im Wesentlichen ebene zweite Anlagefläche aufweist,
an der die erste Anlagefläche
anliegt, wobei die beiden Anlageflächen im Wesentlichen quer zu einer
Torsionsachse angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine hydraulische Maschine,
insbesondere eine Zahnradmaschine oder eine Drehkolbenmaschine,
der Verdrängerbauart,
mit einer vorab beschriebenen Anordnung zum Übertragen von Torsionskräften.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
26 14 471 C2 und dem zur gleichen Patentfamilie gehörigen
US-Patent US 3,289,602 ist
eine Drehkolbenmaschine mit einer aus einem innenverzahnten feststehenden
Stator und einem außenverzahnten
Rotor gebildeten Verdrängereinheit
bekannt. Die Verdrängereinheit
ist in einem Pumpengehäuse
untergebracht, das einen Pumpendeckel umfasst. Der Pumpendeckel
ist gemeinsam mit dem Stator sowie einer Ansteuerplatte mittels
Schrauben am Pumpengehäuse
befestigt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 zu schaffen, die einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
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Die
Aufgabe ist bei einer Anordnung zum Übertragen von Torsionskräften zwischen
einem ersten Teil, das eine im Wesentlichen ebene erste Anlagefläche aufweist,
und einem zweiten Teil, das eine im Wesentlichen ebene zweite Anlagefläche aufweist,
an der die erste Anlagefläche
anliegt, wobei die beiden Anlageflächen im Wesentlichen quer zu einer
Torsionsachse angeordnet und drehfest miteinander verbunden sind,
dadurch gelöst,
dass die beiden Teile durch Formschlusselemente, die unter Vorspannung
in jeweils einem Formschlusselementaufnahmeraum des ersten Teils
und in jeweils einem Formschlusselementaufnahmeraum des zweiten Teils
aufgenommen sind, drehfest miteinander verbunden sind. Die vorgespannten
Formschlusselemente dienen dazu, Torsionskräfte zwischen dem ersten und
dem zweiten Gehäuseteil
zu übertragen. Die
Formschlusselemente sind vorteilhafterweise so dimensioniert und
ausgelegt, dass die Vorspannung der Formschlusselemente ausreicht,
um die Torsionskräfte
zu übertragen,
ohne dass sich die Formschlusselemente verformen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente
von Federstiften gebildet werden. Die Federstifte sind elastisch
federnd vorgespannt in den zugehörigen
Formschlusselementaufnahmeräumen
angeordnet. Bei den Formschlusselementaufnahmeräumen handelt es sich um Sacklöcher oder
Durchgangslöcher
in den zugehörigen
Teilen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Federstifte jeweils
im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylindermantels mit
einem in Längsrichtung
verlaufenden Schlitz aufweisen. Vorzugsweise sind die Federstifte
einstückig
ausgeführt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente
in radialer Richtung vorgespannt sind. Die Federstifte haben im
nicht eingebauten Zustand einen größeren Durchmesser als im eingebauten,
vorgespannten Zustand.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Formschlusselemente
jeweils einen in axialer Richtung durchgehenden Hohlraum aufweisen. Die
Hohlräume
erstrecken sich vorzugsweise parallel zur Torsionsachse. Die durchgehenden
Hohlräume dienen
zur Durchführung
von Befestigungselementen.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile
durch Befestigungselemente mit ihren Anlageflächen in Anlage aneinander gehalten
sind. Bei den Befestigungselementen handelt es sich zum Beispiel
um Befestigungsschrauben, durch welche die beiden Teile in axialer
Richtung, das heißt parallel
zur Torsionsachse, zusammengehalten werden.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselement
Schrauben umfassen. Die Befestigungselemente erstrecken sich vorzugsweise
durch Durchgangslöcher
in einem der Teile und sind in Sacklöcher in dem anderen Teil eingeschraubt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens ein
Befestigungselement durch ein Formschlusselement hindurch erstreckt.
Das hat den Vorteil, dass für
das Befestigungselement und das zugehörige Formschlusselement nur
ein Sackloch und/oder Durchgangsloch in dem zugehörigen Teil
benötigt
wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens ein
Befestigungselement und das zugehörige Formschlusselement teilweise
in einem gemeinsamen Durchgangsloch angeordnet sind. Das Durchgangsloch
dient einerseits zur Aufnahme von einem Ende des zugehörigen Formschlusselements.
Darüber
hinaus dient das Durchgangsloch zum Durchführen des zugehörigen Befestigungselements.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich mehrere, insbesondere
alle Befestigungselemente durch jeweils ein Formschlusselement hindurch
erstrecken. Dadurch wird eine stabile, Platz sparende Befestigung
der Teile aneinander ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres
Teil durch die Befestigungselemente in Anlage an dem ersten oder
dem zweiten Teil gehalten ist. Zu diesem Zweck ist an dem ersten
oder dem zweiten Teil eine weitere Anlagefläche vorgesehen, an der eine
weitere Anlagefläche des
weiteren Teils zur Anlage kommt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines
der Teile in der zugehörigen Anlagefläche mindestens
eine Ausnehmung für
ein Dichtungselement aufweist. Das Dichtungselement dient dazu,
eine vorzugsweise von dem Dichtungselement umgebene Ausnehmung zur
Umgebung hin abzudichten.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Formschlusselemente
vorgesehen sind. Durch die mindestens zwei Formschlusselemente wird
eine stabile drehfeste Verbindung der beiden Teile relativ zueinander
ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Formschlusselemente
in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt
angeordnet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass die beiden Teile ihre
relative Lage zueinander beim Übertragen
von Torsionskräften
beibehalten.
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Die
Verteilung der Formschlusselemente in Umfangsrichtung muss nicht
ganz gleichmäßig sein. Bedingt
durch die Anzahl der Zähne
kann die hydraulische Maschine eine ungerade Anzahl von Schraublöchern aufweisen.
Wenn weniger Stifte beziehungsweise Formschlusselemente verwendet
werden, dann ist es nicht immer möglich, diese gleichmäßig über den
Umfang zu verteilen.
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Die
vorab angegebene Aufgabe ist bei einer hydraulischen Maschine, insbesondere
einer Zahnradmaschine oder einer Drehkolbenmaschine, der Verdrängerbauart,
durch eine vorab beschriebene Anordnung zum Übertragen von Torsionskräften gelöst. Die
hydraulische Maschine dient zur Bereitstellung eines Drehmoments
und einer Drehzahl an einer Ausgangswelle.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die
Teile von Gehäuseteilen
der hydraulischen Maschine gebildet werden. Bei den Teilen handelt
es sich zum Beispiel um einen Gehäusegrundkörper und um einen Zahnkranz
einer Zahnradmaschine, der auch als Stator bezeichnet wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eines
der Gehäuseteile
einen innenverzahnten Stator umfasst. In dem feststehenden innenverzahnten
Stator ist ein außenverzahnter
Rotor drehbar angeordnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass eines
der Gehäuseteile
einen Befestigungsflansch umfasst. Der Befestigungsflansch dient
vorzugsweise dazu, die hydraulische Maschine an einer Funktionseinrichtung,
wie einer Baumaschine, zu befestigen, die durch die hydraulische
Maschine angetrieben wird.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der hydraulischen Maschine ist dadurch gekennzeichnet, dass weitere
Gehäuseteile
mit Hilfe der Befestigungselemente an einem der Gehäuseteile
gehalten sind. Bei den weiteren Gehäuseteilen handelt es sich zum
Beispiel um eine Steuer- oder Kanalplatte beziehungsweise um einen
Gehäusedeckel.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere eine hydraulische Maschine, die
zum Beispiel als Antriebsmotor an einzelnen Rädern einer Baumaschine benutzt
wird. Die Erfindung ist insbesondere auf hydraulische Pumpen und
Motoren der Verdrängerbauart,
vorzugsweise auf Zahnradmaschinen mit ineinander liegenden Verzahnungselementen,
gerichtet.
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Bei
Anordnungen und Maschinen der vorab beschriebenen Art herrschen
normalerweise hohe Anforderungen an die Passgenauigkeit der Teile
zueinander. Insbesondere muss Schlupf zwischen zueinander feststehenden
Teilen vermieden werden, um die Lebensdauer der Maschine beziehungsweise Anordnung
zu erhalten. Deswegen werden Torsionskräfte zwischen den Teilen bei
herkömmlichen
Maschinen und Anordnungen durch Reibung übertragen. Zu diesem Zweck
können
die beiden Teile durch Schraubverbindungen gegeneinander verspannt sein.
Die relativ hohen Torsionskräfte
und der relativ niedrige Reibungskoeffizient, von zum Beispiel etwa 0,1,
führen
jedoch dazu, dass die Schraubverbindungen relativ stark dimensioniert
und ausgelegt werden müssen.
Das führt
unter anderem dazu, dass durch die Schraubverbindungen erhöhte Spannungen
auf die Teile aufgebracht werden. Dadurch können Freiräume zwischen beweglichen und
feststehenden Teilen beeinflusst werden. Solche Freiräume sind
meist mit engen Toleranzen versehen, weil sie einen direkten Einfluss
auf zum Beispiel hydraulische Verluste in einer hydraulischen Maschine
haben. Die Anforderungen an die Fertigungstoleranzen werden durch die
von den Schraubverbindungen bewirkten Verspannungen erhöht. Dadurch
verteuert sich die Fertigung.
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Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der Erfindung können die Anforderungen an die
Fertigungstoleranzen durch die vorgespannten Formschlusselemente
reduziert werden. Gleichzeitig wird eine bessere Kontrolle über die
Größe von Freiräumen in
den Teilen ermöglicht.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer hydraulischen Maschine;
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2 eine
Vorderansicht der hydraulischen Maschine aus 1;
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3 eine
perspektivische Darstellung von drei Teilen der hydraulischen Maschine
aus den 1 und 2;
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4 die
hydraulische Maschine aus den 1 bis 3 im
Längsschnitt;
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5 ein
Formschlusselement in der Draufsicht;
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6 das
Formschlusselement aus 5 in einer Seitenansicht und
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7 ein
Kraft-Weg-Diagramm mit zwei unterschiedlichen Federkennlinien.
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In
den 1 bis 4 ist eine Anordnung 1 in
verschiedenen Ansichten dargestellt. Bei der Anordnung 1 handelt
es sich um eine hydraulische Maschine, die auch als Zahnradmaschine
oder Drehkolbenmaschine bezeichnet wird. Die hydraulische Maschine,
die als hydraulische Pumpe oder hydraulischer Motor ausgeführt sein
kann, umfasst ein Gehäuse 2 mit
zwei hydraulischen Anschlussstellen 3, 4. Bei
der hydraulischen Anschlussstelle 3 handelt es sich zum
Beispiel um eine Druckanschlussstelle, über welche der hydraulischen
Maschine 1 ein mit Druck beaufschlagtes hydraulisches Medium,
wie Hydrauliköl, zugeführt wird.
Das Hydraulikmedium wird zum Beispiel über die hydraulische Anschlussstelle 4 abgeführt.
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Das
Gehäuse 2 ist
mit einem Montageflansch 5 ausgestattet, der mehrere Durchgangslöcher zum
Durchführen
von Befestigungsmitteln aufweist. Der Befestigungsflansch oder Montageflansch 5 dient
dazu, die hydraulische Maschine 1 zum Beispiel an einer
Baumaschine lösbar
zu befestigen. Durch den Montageflansch 5 ragt eine Ausgangswelle 6 aus
dem Gehäuse 2 heraus.
Durch einen Pfeil 8 ist angedeutet, dass die Ausgangswelle 6 ein
Drehmoment abgibt. Das Drehmoment 8 wird in der hydraulischen
Maschine 1, die auch als Hydromotor bezeichnet wird, aus
hydraulischer Energie erzeugt. Dabei treibt das Hydraulikmedium
Verdrängungselemente,
wie Zahnräder,
Flügel,
Kolben, in dem Gehäuse 2 an.
Durch einen Pfeil 9 ist angedeutet, dass dem Drehmoment 8 an
der Ausgangswelle 6 ein in entgegengesetzter Richtung wirkendes
Drehmoment des Gehäuses 2 entgegenwirkt.
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In 2 sieht
man, dass der Montageflansch 5 einstückig mit einem ersten Gehäuseteil 11 verbunden
ist. Bei dem ersten Gehäuseteil 11 handelt
es sich um einen Gehäusegrundkörper, durch
den sich die Ausgangswelle 6 hindurch erstreckt. An dem
ersten Gehäuseteil 11 sind
ein zweites Gehäuseteil 12, ein
drittes Gehäuseteil 13 und
ein viertes Gehäuseteil 14 befestigt.
Das erste Gehäuseteil 11 weist
eine im Wesentlichen ebene Anlagefläche oder Monta gefläche auf,
die in einer ersten Montageebene 21 an einer im Wesentlichen
ebenen Anlagefläche
des zweiten Gehäuseteils 12 anliegt.
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Das
zweite Gehäuseteil 12 weist
eine weitere im Wesentlichen ebene Anlagefläche auf, an der in einer zweiten
Montageebene 22 eine im Wesentlichen ebene Montagefläche oder
Anlagefläche
des dritten Gehäuseteils 13 anliegt.
Das dritte Gehäuseteil 13 weist
eine weitere im Wesentlichen ebene Anlagefläche auf, an der in einer dritten
Montageebene 23 eine im Wesentlichen ebene Anlagefläche des vierten
Gehäuseteils 14 anliegt.
Bei dem zweiten Gehäuseteil 12 handelt
es sich um einen Zahnkranz mit einer Innenverzahnung. Bei dem dritten
Gehäuseteil 13 handelt
es sich um eine Kanalplatte, die mehrere Kanäle umfasst, durch welche das
hydraulische Medium, das auch als Hydraulikmedium bezeichnet wird,
von den hydraulischen Anschlussstellen 3, 4 zu den
Gehäuseteilen 11, 12 gelangt.
Bei dem vierten Gehäuseteil 14 handelt
es sich um einen Gehäusedeckel,
der mit den hydraulischen Anschlussstellen 3, 4 ausgestattet
ist. Die drei Montageebenen 21 bis 23 sind parallel
zueinander angeordnet.
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In
der ersten Montageebene 21 wird das im Betrieb der hydraulischen
Maschine 1 auftretende Reaktionsmoment übertragen. Die weiteren Montageebenen 22, 23 müssen nur
gegen inneren hydraulischen Druck abgedichtet werden. Die Montageebene 21,
die auch als Montagefläche
bezeichnet wird, muss ebenso wie die Montageebenen 22, 23,
die auch als Montageflächen bezeichnet
werden, auch gegen den hydraulischen Druck abgedichtet werden.
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In 3 ist
die im Wesentlichen ebene Anlagefläche des zweiten Gehäuseteils 12 mit 25 bezeichnet.
Die ebene Anlagefläche 25 ist
im zusammengebauten Zustand der Hydraulikmaschine 1 in der
ersten Montageebene 21 angeordnet. In der Anlagefläche 25 ist
eine Vielzahl von Ausnehmungen vorgesehen. Mehrere Rollen 26, 27 dienen
dazu, an dem zweiten Gehäuseteil 12 eine
Innenverzahnung auszubilden. Die Innenverzahnung des zweiten Gehäuseteils 12,
das auch als Zahnkranz bezeichnet wird, befindet sich in Eingriff
mit einer Außenverzahnung
eines inneren Zahnrads 29. Das innere Zahnrad 29 wird
auch als Rotor bezeichnet. Analog wird der Zahnkranz 12 auch
als Stator bezeichnet. Durch unterschiedliche Zähnezahlen zwischen Rotor und Stator
wird erreicht, dass sich der Rotor exzentrisch in dem Stator drehen
kann. Normalerweise weist der Rotor einen Zahn weniger auf als der
Stator.
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Der
Stator 12 ist, wie im Folgenden beschrieben wird, drehfest
mit dem ersten Gehäuseteil 11 verbunden.
Der Rotor 29 ist zum Beispiel durch eine weitere Verzahnung
mit der Ausgangswelle 6 gekoppelt. Durch den Eingriff der
Außenverzahnung
des Rotors 29 in die Innenverzahnung des Stators 12 wird
eine Anzahl von Hohlräumen
gebildet. Während der
Drehung des Rotors 29 relativ zu dem Stator 12 nehmen
die Volumina der einzelnen Hohlräume
zyklisch zu und ab. Durch ein vorgegebenes Druckgefäl le zwischen
den hydraulischen Anschlussstellen 3, 4 wird der
Rotor 29 zum Drehen angeregt.
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Außerdem sind
in der Anlagefläche 25 Durchgangslöcher 31, 32 ausgespart.
Die Durchgangslöcher 31, 32 dienen,
wie im Folgenden beschrieben wird, zur Aufnahme von Formschlusselementen
und zum Durchführen
von Befestigungselementen. Durch einen Pfeil 34 ist der
Radius eines Teilkreises angedeutet, auf dem die Durchgangslöcher 31, 32 angeordnet
sind. Durch einen weiteren Pfeil 35 ist die Kraft angedeutet,
die im montierten Zustand der hydraulischen Maschine 1 von
der Anlagefläche 25 des
zweiten Gehäuseteils 12 auf
die daran anliegende Anlagefläche
des ersten Gehäuseteils 11 ausgeübt wird.
Durch einen weiteren Pfeil 36 ist die zugehörige Reibungskraft
angedeutet. Die Reibungskraft wirkt in tangentialer Richtung und
wird daher auch als Tangentialkraft bezeichnet. Gemäß einem
wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Reaktionsmoment
nicht durch Reibung übertragen.
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In 4 sind
vier Formschlusselemente 41 bis 44 gestrichelt
angedeutet, die dazu dienen, das Drehmoment oder Reaktionsmoment
zwischen den beiden Gehäuseteilen 11, 12 zu übertragen.
Bei den Formschlusselementen 41 bis 44 handelt
es sich um Federstifte.
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In
den 5 und 6 ist der Federstift 41 allein
in verschiedenen Ansichten dargestellt. Der Federstift 41 umfasst
einen kreiszylindermantelförmigen Stiftkörper 65,
der einen Längsschlitz 66 aufweist.
Ein Ende des Federstifts 41 ist mit einer Fase 67 versehen.
In 6 sieht man, dass der Federstift 41 C-förmig ausgebildet
ist. In seinem Inneren weist der Federstift 41 einen in
Längsrichtung
durchgehenden Hohlraum 68 auf.
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In
dem ersten Gehäuseteil 11 ist
jeweils ein Sackloch 45 zum Einschrauben einer Befestigungsschraube 51 bis 54 vorgesehen.
In Verlängerung
des Sacklochs 45 sind in den Gehäuseteilen 12, 13 jeweils
vier Durchgangslöcher 46, 47 und 48 vorgesehen.
In einem Teil des Sacklochs 45 ist ein Ende des Formschlusselements 42 aufgenommen.
Das andere Ende des Formschlusselements 42 ist in einem
Teil des Durchgangslochs 46 des Gehäuseteils 12 aufgenommen.
Die beiden Enden des Formschlusselements 42 sind unter
Vorspannung in den zugehörigen Löchern 45, 46 aufgenommen.
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Die
Formschlusselemente oder Federstifte 41 bis 44 dienen
dazu, das im Betrieb der hydraulischen Maschine 1 auftretende
Reaktionsmoment zwischen den Gehäuseteilen 11 und 12 zu übertragen.
Durch die Hohlräume
in den Federstiften 41 bis 44 ist jeweils eine
Schraube 51 bis 54 hindurch geführt. Die
Schrauben 51 bis 54 weisen jeweils einen Schaft 60 auf,
dessen Außendurchmesser
etwas kleiner als der Innendurchmesser des zugehörigen Federstifts 41 bis 44 ist.
Die Schrauben 51 bis 54 weisen jeweils einen Kopf 61 auf,
der an dem Gehäusedeckel 14 anliegt.
Der Schaft 60 ist an seinem freien Ende 62 mit
einem Gewinde versehen, das in ein komplementär ausgebildetes Gewinde in
dem zugehörigen
Sackloch in dem Gehäuseteil 11 eingeschraubt
ist.
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In 7 ist
in einem Diagramm die Federkraft F über den Federweg f für verschiedene
Federkennlinien 71, 72 dargestellt. Die gestrichelt
dargestellte Federkennlinie 71 gehört zu einem massiven, nicht
federnd ausgebildeten Stift, wie er verwendet werden kann, um die
beiden Gehäuseteile 11, 12 drehfest
miteinander zu verbinden. Die Federkennlinie 72 gehört zu einem
federnd vorgespannten und im vorgespannten Zustand eingebauten Federstift, wie
er in 4 mit 41 bis 44 bezeichnet ist.
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In 7 sieht
man, dass der Federstift im Vergleich mit einem massiven oder nicht
federnden Stift den Vorteil hat, dass der vorgespannte Federstift mit
der Federkennlinie 72 viel weniger Bewegung der Teile 11, 12 relativ
zueinander zulässt
als ein massiver Stift. Die beiden Gehäuseteile 11, 12 der
in 4 dargestellten hydraulischen Maschine 1 werden durch
insgesamt neun Federstifte drehfest miteinander verbunden, von denen
nur vier gezeigt sind.