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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Schwenkwiege,
deren Neigung in Bezug auf eine Rotationsachse einer Zylindertrommel
veränderbar ist, und mit einem auf die Schwenkwiege wirkenden
Stellsystem.
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Aus
der
US 2,455,062 ist
eine hydrostatische Kolbenmaschine bekannt, bei der der Hub von
in einer Zylindertrommel angeordneten Kolben mittels einer Schrägscheibe
veränderbar ist. Das Gehäuse zur Aufnahme der
Triebwelle, der Zylindertrommel und den Stellvorrichtungen eines
auf die Neigung der Schrägscheibe wirkenden Stellsystems
ist im Wesentlichen topfförmig ausgebildet. Im Bereich
des Topfbodens sind Durchgangsöffnungen vorgesehen, die
als Druckkammern ausgebildet und auf der Außenseite des
Gehäuses mittels Verschlusskappen dicht verschlossen sind.
Die Stellvorrichtungen umfassen jeweils einen Stellkolben, welche
auf der von der Druckkammer abgewandeten Seite in Anlage an der
Schrägscheibe gehalten werden und diese somit relativ zur
Rotationsachse neigen können.
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Die
bekannten hydrostatischen Maschinen haben den Nachteil, dass die
Begrenzung der Neigungsverstellung der Schwenkwiege bzw. der Schrägscheibe
unmittelbar über den Stellkolben der Stellvorrichtung erfolgt.
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Aus
einer Informationsschrift RDE 92500-19-L/11.03 der Bosch
Rexroth AG ist es ferner bekannt, in einem Gehäuse
einer Verstellpumpe eine erste Stellvorrichtung und eine zweite
Stellvorrichtung vorzusehen. Die beiden Stellvorrichtungen sind auf
gegenüberliegenden Seiten der Rotationsachse der Verstellpumpe
angeordnet. Die Stellvorrichtungen wirken direkt auf die einstellbare
Schwenkwiege, deren Neigung relativ zu der Rotationsachse mittels einer
ersten Begrenzungsvorrichtung und einer zweiten Begrenzungsvorrichtung
begrenzt ist. Die Begrenzungsvorrichtungen wirken unmittelbar auf
die Schrägscheibe und sind benachbart zu den Stellvorrichtungen
und radial nach außen versetzt angeordnet. Die beiden Stellvorrichtungen
und die beiden Begrenzungsvorrichtungen liegen damit auf einer gemeinsamen,
durch die Rotationsachse verlaufenden Geraden.
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Die
Anordnung der einstellbaren Begrenzungsvorrichtungen seitlich neben
den Stellvorrichtungen des Stellsystems hat den Nachteil, dass sich der
Bauraum der Verstellpumpe, wie sie aus der RDE 92500-19-L/11.03 bekannt
ist, vergrößert.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verstellbare
Axialkolbenmaschine zu schaffen, die ein hinsichtlich der Bauraumausnutzung
optimiertes Stellsystem aufweist.
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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 eine
Schwenkwiege auf, deren Neigung in Bezug auf eine Rotationsachse
einer Zylindertrommel veränderbar ist. Auf die Schwenkwiege
wirkt ein Stellsystem. Das Stellsystem weist eine erste Stellvorrichtung
zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege in einer ersten Bewegungsrichtung und
eine zweite Stellvorrichtung zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege
in einer entgegen gesetzten zweiten Bewegungsrichtung auf. Die erste und
die zweite Stellvorrichtung sind bezüglich der Rotationsachse
auf gegenüberliegenden Seiten der Axialkolbenmaschine angeordnet
und wirken auf die Schwenkwiege. Das Stellsystem der Axialkolbenmaschine
weist ferner eine Vorrichtung zur Begrenzung der Bewegung der Schwenkwiege
auf. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur
Begrenzung der Bewegung der Schwenkwiege eine erste einstellbare Begrenzungsvorrichtung
und eine zweite einstellbare Begrenzungsvorrichtung, die jeweils
auf die Schwenkwiege wirken und in Bezug auf die Rotationsachse
wie die erste und die zweite Stellvorrichtung an gegenüberliegenden
Seiten der Schwenkwiege angeordnet sind. Dabei befinden sich die
erste und die zweite Stellvorrichtung und die erste und die zweite
Begrenzungsvorrichtung jeweils in unterschiedlichen Bereichen der
Axialkolbenmaschine. Bei einem üblicherweise im Querschnitt
etwa rechteckigen Gehäuse liegen die beiden Begrenzungsvorrichtung
damit etwa auf einer ersten Diagonalen und die beiden Stellvorrichtungen
auf der anderen Diagonalen. Dadurch ist es nicht erforderlich, ausgehend von
der Rotationsachse radial außen neben der Stellvorrichtung
die Begrenzungsvorrichtung anordnen zu müssen. Infolgedessen
baut die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
schlanker.
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In
den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ausgeführt.
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Die
Schwenkachse der Schwenkwiege und die Rotationsachse stehen vorzugsweise
senkrecht aufeinander, wobei die erste Stellvorrichtung und/oder
die zweite Stellvorrichtung in jeweils einer parallel zu der Rotationsachse
angeordneten Ebene liegen. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft,
wenn die erste Stellvorrichtung und die die Bewegung der Schwenkwiege
in der ersten Bewegungsrichtung begrenzende einstellbare erste Begrenzungsvorrichtung
in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Die Flächennormale
dieser gemeinsamen Ebene ist parallel zur Schwenkachse angeordnet.
Gleichzeitig oder alternativ hierzu ist die die Bewegung in der zweiten
Bewegungsrichtung der Schwenkwiege begrenzende einstellbare zweite
Begrenzungsvorrichtung in einer weiteren Ebene angeordnet, deren
Flächennormale ebenfalls parallel zur Schwenkachse der
Schwenkwiege verläuft und in der auch die zweite Stellvorrichtung
angeordnet ist. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass sowohl die
Krafteinleitung der Stellkraft durch die erste Stellvorrichtung
und in entgegen gesetzter Richtung der Begrenzungskraft durch die
erste Begrenzungsvorrichtung in einer Ebene erfolgen. Da diese Ebene
senkrecht auf der Schwenkachse der Schwenkwiege steht, ergibt sich eine
gute Krafteinleitung und insbesondere werden drehende Kräfte
auf die Schwenkwiege vermieden, welche eine Drehbewegung um eine
von der Schwenkachse abweichende Bewegungsachse hervorrufen könnten.
Entsprechendes gilt für die Einleitung von Kräften
durch die zweite Stellvorrichtung und die korrespondierende einstellbare
zweite Begrenzungsvorrichtung.
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Die
erste Stellvorrichtung und/oder die zweite Stellvorrichtung weisen
vorzugsweise jeweils einen Stellkolben zum Erzeugen der Stellkraft
auf. Diese können in einfacher Weise in einer Druckkammer mit
einem Stelldruck beaufschlagt werden. Ein einfaches Stellsystem
ohne die Verwendung von zusätzlichen beispielsweise elektrischen
Aktuatoren ist daher realisierbar. Die durch einen Stelldruck erzeugte Stellkraft
ist damit unmittelbar auf die Schwenkwiege oder ein Anbauteil der
Schwenkwiege, wie beispielsweise ein Niederhaltesegment, übertragbar.
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Dabei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn in dem Gehäuse der
Axialkolbenmaschine auf einer der Schwenkwiege gegenüberliegenden
Seite jeweils eine Sackbohrung vorgesehen ist, in der das jeweils
von der Schwenkwiege abgewandte Ende des Stellkolbens angeordnet
ist. Zwischen dem Gehäuse bzw. der darin angeordneten Sackbohrung
und dem Stellkolben ist eine Druckkammer ausgebildet. Der Druck
in dieser Druckkammer bestimmt damit unmittelbar die Stellkraft,
welche letztlich zur Einstellung der Neigung der Schwenkwiege verwendet
wird.
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Das
zu der Schwenkwiege gerichtetete Ende des Stellkolbens führt
keine rein lineare Bewegung aus. Es ergibt sich durch die Schwenkbewegung
der Schwenkwiege eine Bewegung des Stellkolbens in einer Ebene.
Die in der Sackbohrung vorgesehene Seite des Stellkolbens wird daher
vorzugsweise als ballige Stellkolbenscheibe ausgeführt.
Eine solche ballige Stellkolbenscheibe hat den Vorteil, dass die geringen
Kippbewegungen, die der Stellkolben in der Sackbohrung ausführt,
ohne Verlust der Dichtwirkung der Stellkolbenscheibe in der Sackbohrung ausgeführt
werden können.
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Die
Stellkräfte, die eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege
hervorrufen, greifen vorzugsweise an einem Niederhaltesegment an,
welches mit der Schwenkwiege verbunden ist. Der Stellkolben überträgt
daher seine Stellkraft über das Niederhaltesegment auf
die Schwenkwiege.
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Zur
Verbindung des Stellkolbens mit der Schwenkwiege bzw. dem Niederhaltesegment
ist vorzugsweise eine Kugelkopfverbindung vorgesehen, die hydrostatische
entlastet ist. Durch eine solche hydrostatische entlastete Kugelkopfverbindung ist
eine hohe Reproduzierbarkeit der Stellbewegung gewährleistet.
Die auftretenden Reibungskräfte zwischen dem Stellkolben
und der Schwenkwiege bzw. dem Niederhaltesegment werden durch die
hydrostatische Entlastung reduziert. Es handelt sich dabei um eine
arretierte Kugelkopfverbindung über die sowohl Zug- als
auch Druckkräfte übertragbar sind. Eine solche
Ausbildung gewährleistet eine besonders spielarme Verbindung
und erhöht damit die Stellgenauigkeit.
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Bei
Verwendung von Niederhaltesegmenten ist es insbesondere bevorzugt,
an jedem der Niederhaltesegmente eine Anschlagfläche vorzusehen, welche
zur Begrenzung der Bewegung der Schwenkwiege in der durch die zugeordnete
Stellvorrichtung vorgegebenen Bewegungsrichtung mit der entsprechenden
ersten bzw. zweiten Begrenzungsvorrichtung zusammenwirkt. Das bedeutet,
dass beispielsweise durch die erste Stellvorrichtung eine Bewegung
der Schwenkwiege in einer ersten Bewegungsrichtung verursacht wird.
Das die Bewegung in dieser Bewegungsrichtung begrenzende Begrenzungselement
wirkt mit einer hierfür an dem Niederhaltesegment vorgesehen
Anschlagfläche zusammen. Somit werden die Stellkraft und
die die weitere Verstellung in dieser Bewegungsrichtung begrenzende
Gegenkraft an dem selben Niederhaltesegment wirksam, wenn die Anschlagfläche
an dem einstellbaren Begrenzungselement anliegt. Insbesondere zusammen mit
der Anordnung der einstellbaren Begrenzungsvorrichtung und der Stellvorrichtung
in einer parallel zu der Rotationsebene ausgebildeten Ebene wird
somit ein optimierter Kraftfluss durch das Niederhaltesegment bzw.
die Schwenkwiege gewährleistet. Dies ist insbesondere dann
gegeben, wenn die Ebene, in der die Stellvorrichtung und die entsprechende,
zugeordnete Begrenzungsvorrichtung, durch einen Lagerbereich des
sphärischen Schwenkwinkellagers der Schwenkwiege verläuft.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, dass zusätzlich zu der Anschlagfläche
an jedem Niederhaltesegment eine weitere Anschlagfläche
ausgebildet ist, die mit einem gehäuseseitigen Gegenstück
zu einem Sicherheitsanschlag zusammenwirkt. Damit existieren für
jede Bewegungsrichtung ein einstellbarer Schwenkwinkelanschlag und
ein konstruktiv vorgegebener Sicherheitsanschlag. Der einstellbare Schwenkwinkelanschlag
wird durch die einstellbare erste bzw. zweite Begrenzungsvorrichtung
und die jeweilige Anschlagfläche der Niederhaltesegmente ausgebildet.
Der Sicherheitsanschlag greift zum Schutz der Axialkolbenmaschine
beispielsweise bei versehentlicher Verstellung der einstellbaren
Begrenzungsvorrichtungen ein. Das Gegenstück bzw. die Gegenstücke,
die mit den weiteren Anschlagflächen zusammenwirken, sind
vorzugsweise an einem Flanschteil des Gehäuses oder in
einem Mantelbereich eines topfförmigen Gehäuseteils
vorgesehen.
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Die
erste Stellvorrichtung weist vorzugsweise einen ersten Stellkolben
auf, in dem ein Schmiermittelkanal ausgebildet ist. Alternativ oder
in Ergänzung hierzu weist die zweite Stellvorrichtung einen zweiten
Stellkolben auf, in dem ein Schmiermittelkanal ausgebildet ist.
Dieser Schmiermittelkanal verbindet die zugeordnete Sackbohrung,
in der das eine Ende des Stellkolbens in einer Druckkammer angeordnet
ist mit dem der Schwenkwiege zugewandten Ende des Stellkolbens.
Auf diese Weise wird durch den Druck in der Druckkammer, die den
ersten bzw. den zweiten Stellkolben mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagt,
das Druckmittel zur hydrostatischen Entlastung der Kugelkopfverbindung
entnommen.
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Vorzugsweise
weist die Schwenkwiege ein Schwenkwiegenlager auf, das in einer
korrespondierenden Lagerfläche auf der Gehäuseseite
drehbar angeordnet ist. Das Schwenkwiegenlager umfasst zwei Lagerflächen.
Die gemeinsame Mittellinie dieser Lagerflächen definiert
die Schwenkachse der Schwenkwiege. In der Schwenkwiege sind vorzugsweise
Druckmittelkanäle ausgebildet, über die aus der
Sackbohrung zumindest einer der Stellvorrichtungen zugeführtes
Druckmittel zur hydrostatischen Entlastung der Lagerfläche
der Schwenkwiege leitet. Bei Verwendung eines Niederhaltesegments
ist ferner auch in dem Niederhaltesegment zumindest ein entsprechender
Kanal ausgebildet. Über das so erzeugte Kanalsystem wird
Druckmittel aus der Druckkammer über den Stellkolben bis
in die Schwenkwiege geführt, wo es im Bereich der Lagerfläche
bzw. mehrerer Lagerflächen der Schwenkwiege austritt und
dort für die hydrostatische Entlastung sorgt. Das Druckmittel
wird vorzugsweise der Stellvorrichtung zum Ausschwenken, also dem
Verstellen der Axialkolbenmaschine in Richtung größer
werdenden Hubvolumens entnommen. Die Verbindung zu beiden Lagerflächen
der Schwenkwiege ist dann in der Schwenkwiege selbst angeordnet.
Der Druckmittelkanal verzweigt sich dort und verbindet so die beiden Lagerflächen
mit der Ausschwenk-Stellvorrichtung.
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Die
Schwenkwiege ist vorzugsweise ausgehend von einer Neutralposition,
in welcher die Flächennormale eine Lauffläche
der Schwenkwiege parallel zu der Rotationsachse verläuft
in zwei entgegen gesetzte Richtungen verschwenkbar. Die maximale Verschwenkung
in die zwei entgegen gesetzten Richtungen ist dabei vorzugsweise
gleich groß und kann jeweils durch die Ausbildung eines
Sicherheitsanschlags begrenzt sein. Um eine davon abweichende Begrenzung
des Schwenkwinkels in die erste und/oder die zweite Bewegungsrichtung
zu ermöglichen, sind die einstellbaren ersten und zweiten
Begrenzungsvorrichtungen vorgesehen.
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Die
erste und/oder die zweite Stellvorrichtung weisen vorzugsweise ein
elastisches Element auf, welches die Schwenkwiege mit einer in der
ersten Bewegungsrichtung und/oder mit einer in der zweiten Bewegungsrichtung
wirkenden Kraft beaufschlagt. Bei der Vorsehung nur eines elastischen
Elements an beispielsweise der ersten Stellvorrichtung kann die
Axialkolbenmaschine auf maximales Hubvolumen für eine Strömungsrichtung
eingestellt werden. Vor Inbetriebnahme ist daher beispielsweise eine
als Pumpe ausgeführte Axialkolbenmaschine auf ihr maximales
Verdrängungsvolumen eingestellt.
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Das
elastische Element ist vorzugsweise eine als Spiralfeder ausgeführte
Stahlfeder, welche den Verstellkolben der ersten oder der zweiten
Stellvorrichtung umgibt, wobei sich die Spiralfeder an einem Federteller
gehäuseseitig abstützt. Der Federteller liegt
gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
entweder an einem Boden eines topfförmigen Gehäuseteils
an oder liegt in einer alternativen Ausführungsform an
einem Anlagering an, der beabstandet zu dem Boden des topfförmigen
Gehäuseteils in dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine
angeordnet ist.
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Die
Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der Zeichnung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine ohne
Rückführung des eingestellten Verdrängungsvolumens;
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2 eine
Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Stellsystems einer
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
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3 eine
zweite Darstellung des Stellsystems der 2;
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4 eine
Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Stellsystems der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine mit Rückführung
der eingestellten Position der Schwenkwiege; und
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5 eine
teilgeschnittene Darstellung eines Stellsystems der erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine zur Verdeutlichung der zur hydrostatischen Entlastung
in der Schwenkwiege vorgesehenen Kanäle.
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In
der 1 ist eine geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen
Axialkolbenmaschine 1 gezeigt, wobei die Schnittebene parallel
zu einer Rotationsachse der Axialkolbenmaschine 1 jedoch außermittig
verläuft. Die Axialkolbenmaschine 1 weist eine
Zylindertrommel 2 auf, in der in nicht dargestellter Weise über
einen Umfangskreis verteilt mehrere Zylinderbohrungen angeordnet
sind. In den Zylinderbohrungen sind Kolben längs verschieblich angeordnet,
die durch ihre Hubbewegung ein Druckmittel fördern, wenn
es sich bei der dargestellten Axialkolbenmaschine 1 um
eine Pumpe handelt.
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Die
Axialkolbenmaschine 1 weist ein Gehäuse auf, welches
aus einem ersten, topfförmigen Gehäuseteil 3 und
einem zweiten Gehäuseteil besteht, das als Flanschteil 4 ausgebildet
ist. Eine in der 1 nicht erkennbare Antriebswelle
ist drehbar in dem Flanschteil 4 und dem ersten, topfförmigen
Gehäuseteil 3 gelagert und drehfest mit der Zylindertrommel 2 verbunden.
Bei einer Drehung der Antriebswelle wird durch die drehfeste Verbindung
die Zylindertrommel 2 in Rotation versetzt. Die in der
Zylindertrommel 2 angeordneten, längs verschieblichen Kolben
stützen sich in bekannter Weise über Gleitschuhe
an einer Schwenkwiege 5 ab. Die Schwenkwiege 5 weist
hierzu eine Lauffläche 6 auf. Um während
eines Saughubs ein Abheben der Gleitschuhe von der Lauffläche 6 der
Schwenkwiege 5 zu verhindern, ist eine Rückzugplatte 7 vorgesehen.
Die Rückzugplatte 7 wird in einem festen Abstand
von der Lauffläche 6 der Schwenkwiege 5 gehalten
und verhindert damit ein Abheben der Gleitschuhe von der Lauffläche 6.
Um eine Drehbewegung der Schwenkwiege 5 zu ermöglichen,
sind die Gleitschuhe gelenkig mit den Kolben verbunden. In Abhängigkeit
von der Schrägstellung der Schwenkwiege 5 führen
die Kolben in der Zylindertrommel 2 somit einen unterschiedlichen
großem Hub pro Umdrehung der Antriebswelle bzw. der Zylindertrommel 2 aus.
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Auf
ihrer dem Flanschteil 4 zugewandten Seite weist die Schwenkwiege 5 ein
Schwenkwiegenlager 8 auf. Hierzu ist an der Schwenkwiege 5 zumindest
ein erster Lagerbereich ausgebildet, welcher mit einer korrespondierenden
Ausnehmung 9 des Flanschteils 4 ein Gleitlager
ausbildet. Die Ausbildung des Schwenkwinkellagers der Schwenkwiege 5 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 5 noch
erläutert.
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Die
Schwenkwiege 5 ist durch Verdrehen der Schwenkwiege 5 in
dem Schwenkwiegenlager um eine Schwenkachse S drehbar. Damit ändert
sich die Neigung der Lauffläche 6 relativ zu der
Rotationsachse der Zylindertrommel 2.
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Zur
Einstellung der Neigung der Schwenkwiege 5 und damit des
Hubs der Kolben in der Zylindertrommel 2 bei einer Drehung
der Zylindertrommel 2 ist ein Stellsystem innerhalb des
Gehäuses der Axialkolbenmaschine 1 vorgesehen.
Das Stellsystem 10 umfasst zumindest eine erste Stellvorrichtung 10.
Die erste Stellvorrichtung 10 weist einen ersten Stellkolben 11 auf.
Der erste Stellkolben 11 begrenzt mit seinem ersten Ende 12 eine
Druckkammer 13. Die Druckkammer 13 ist in einem
Boden des topfförmigen Gehäuseteils 2 ausgebildet.
Zur Ausbildung der Druckkammer 13 wird eine Sackbohrung 14 in
den Boden des topfförmigen Gehäuseteils 3 eingebracht, in
die eine Buchse 15 eingesetzt wird. Die Buchse 15 wird
vorzugsweise in die Sackbohrung 14 eingepresst. Die innere
Wand der Buchse 15 dient dem ersten Ende 12 des
Stellkolbens 11 als Gleitfläche und wirkt mit
dem ersten Ende 12 des ersten Stellkolbens 11 dichtend
zusammen. Das erste Ende 12 des Stellkolbens 11 ist
nicht zylindrisch ausgebildet, sondern weist eine leicht ballige
Form auf, um bei einer Schrägstellung des Stellkolbens 11 relativ
zur Längsachse der Buchse 15 ein Verkanten in
der Buchse 15 zu verhindern.
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An
einem von dem ersten Ende 12 abgewandten zweiten Ende 16 des
Stellkolbens 12 ist ein Kugelkopf ausgebildet. Der Kugelkopf
ist so mit einem Niederhaltesegment 17 verbunden, das sowohl Zug-
als auch Druckkräfte übertragen werden können.
Das Niederhaltesegment 17 ist mittels Schrauben mit der
Schwenkwiege 5 fest verbunden. Das Niederhaltesegment 17 ist
auf die Lauffläche 6 in einem äußeren
Bereich der Schwenkwiege 5 geschraubt. Das Niederhaltesegment 17 weist
zudem eine Niederhaltefläche 19 auf, die die Rückzugplatte 7 übergreift
und an der Rückzugplatte 7 anliegt und damit einen
konstanten Abstand der Rückzugplatte 7 von der
Lauffläche 6 der Schwenkwiege 5 sicherstellt.
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Zur
Fixierung des kugelkopfförmigen zweiten Endes 16 des
Stellkolbens 11 ist in dem Niederhaltesegment 17 eine
kugelförmige Ausnehmung 20 vorgesehen, welche
das kugelkopfförmige zweite Ende 16 des Stellkolbens 11 umschließt.
Die Verbindung des Stellkolbens 11 mit dem Niederhaltesegment 17 ist
als arretierte Verbindung ausgeführt. D. h., dass das kugelkopfförmige
zweite Ende 16 weiter als bis zum Äquator durch
die kugelförmige Ausnehmung des Niederhaltesegments umschlossen
ist.
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Im
Inneren des Stellkolbens 11 in der ersten Stellvorrichtung 10 ist
ein Schmiermittelkanal 21 ausgebildet. Der Schmiermittelkanal 21 erstreckt
sich vom ersten Ende 12 des Stellkolbens 11 bis
hin zum zweiten Ende 16. Damit verbindet der Schmiermittelkanal 21 die
Druckkammer 13 mit dem kugelkopfförmigen zweiten
Ende 16 des Stellkolbens 11. Ein in der Druckkammer 13 herrschender
Druck sorgt damit für einen Austritt von Druckmittel an
dem kugelkopfförmigen zweiten Ende 16 des Stellkolbens 11.
Damit ist die gelenkige Verbindung zwischen dem Stellkolben 11 und
dem Niederhaltesegment 17 hydrostatisch entlastet.
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In
der 1 sei angenommen, dass die erste Stellvorrichtung 10 zum
Ausschwenken der Axialkolbenmaschine 1 in Richtung maximalen
Verdrängungsvolumens vorgesehen ist. Die Druckkammer 13 ist
hierzu mit der Förderseite der als Pumpe ausgeführten
Axialkolbenmaschine 1 verbunden. Der in der Druckkammer 13 anstehende
Hochdruck wird ferner genutzt, um eine hydrostatische Entlastung der
Schwenkwiege 5 in dem Flanschteil 4 zu bewirken.
Hierzu ist sowohl in dem Niederhaltesegment 17 als auch
in der Schwenkwiege 5 ein Druckmittelkanal 22 bzw. 23 ausgebildet.
In nicht dargestellter Weise ist der Druckmittelkanal 23 der
Schwenkwiege 5 außerhalb des in der 1 dargestellten
Schnitts mit dem Lagerbereich 8 verbunden. Das aus der
Druckkammer 13 stammende, unter Druck stehende Druckmittel
tritt somit zwischen der Ausnehmung 9 und dem Lagerbereich 8 der
Schwenkwiege 5 aus, und sorgt damit für eine hydrostatische
Entlastung der Schwenkwiege 5. Dies führt zu einer
erheblichen Reduktion der erforderlichen Betätigungskräfte.
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Um
eine Positionierung des Niederhaltesegments 17 relativ
zu der Schwenkwiege 5 zu ermöglichen, ist ein
Passstift 24 vorgesehen, der in eine Bohrung in die Schwenkwiege 5 und
eine korrespondierende Bohrung in das Niederhaltesegment 17 eingesetzt
ist. Ferner ist im Bereich eines von der Kugelgelenkverbindung zwischen
dem Stellkolben 11 und dem Niederhaltesegment 17 abgewandten
Endes des Niederhaltesegments 17 eine einstellbare erste Begrenzungsvorrichtung 25 in
dem topfförmigen Gehäuseteil 3 vorgesehen.
Die erste Begrenzungsvorrichtung 25 wirkt mit einer ersten
Anschlagfläche 26 zusammen, welche an dem Niederhaltesegment 17 ausgebildet
ist. Die erste Anschlagfläche 26 ist ballig ausgeführt,
so dass unabhängig von der Einstellung der ersten Begrenzungsvorrichtung 25 die
Krafteinleitung durch die Begrenzungsvorrichtung 25 senkrecht
auf die erste Anschlagfläche 26 und damit durch
den Mittelpunkt der Balligkeit erfolgt. Der Mittelpunkt dieser Balligkeit
liegt von der Anschlagfläche aus betrachtet in Richtung
der Schwenkwiege 5.
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Die
erste Begrenzungsvorrichtung 25 umfasst eine Einstellschraube 27,
welche in ein dafür vorgesehenes Gewinde in eine Gehäusebohrung eingeschraubt
ist. In Abhängigkeit von der Einschraubtiefe wird die maximale
Auslenkung der Schwenkwiege 5 in einer ersten Bewegungsrichtung durch
die erste Begrenzungsvorrichtung 25 festgelegt. Die Gehäusebohrung
ist im Bereich des Mantels des topfförmigen Gehäuseteils 3 angeordnet.
Sie schließt mit der Rotationsachse einen solchen Winkel
ein, dass die Mittelachse der Einstellschraube 27 durch
den Mittelpunkt der Balligkeit der Anschlagfläche 26 verläuft.
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Die
erste Stellvorrichtung 10, die erste Begrenzungsvorrichtung 25 und
das erste Niederhaltesegment 17 sind sämtlich
einer ersten Bewegungsrichtung der Schwenkwiege 5 zugeordnet.
Während die erste Stellvorrichtung 10 versucht
die Schwenkwiege 5 in einer ersten Bewegungsrichtung zu
verstellen, dient die erste Begrenzungsvorrichtung 25 als
einstellbarer Anschlag und begrenzt damit die maximale Verstellung
in dieser ersten Bewegungsrichtung. Um die Einstellschraube 27 in
einer gewählten Position zu sichern, ist eine Kontermutter 28 vorgesehen.
Die Kontermutter 28 dient gleichzeitig der Abdichtung des
Gehäuseinnenraums gegenüber der Umgebung. Um ein
unbeabsichtigtes Lösen, beispielsweise durch Vibrationen
im Betrieb zu verhindern, ist ferner eine Sicherungskappe 29 vorgesehen.
Die Sicherungskappe 29 fixiert die Kontermutter in der
gewählten Position und dient gleichzeitig der Abdeckung
um ein Verschmutzen und Festkorrodieren der Begrenzungsvorrichtung 25 zu
verhindern.
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Um
auch bei einer versehentlichen Verstellung der Einstellschraube 27 stets
die Sicherheit der Axialkolbenmaschine 1 zu gewährleisten,
ist ferner an dem gleichen Ende, an dem die Kugelverbindung zwischen
dem zweiten Ende 16 des Stellkolbens 11 und dem
ersten Niederhaltesegment 17 besteht, eine weitere Anschlagfläche 30 ausgebildet.
Die weitere Anschlagfläche 30 ist auf der dem
Flanschteil 4 zugewandten Seite ausgebildet und wirkt mit
einem Gegenstück des Flanschteils 4 zu einem Sicherheitsanschlag
zusammen. Somit kann auch bei vollständig herausgeschraubter
Einstellschraube 27 eine Verstellung lediglich bis zum
Ansprechen des Sicherheitsanschlags erfolgen.
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Bei
einer Verstellung der Axialkolbenmaschine 1 in Richtung
maximalen Hubvolumens wird bevorzugt der Sicherheitsanschlag zwischen
dem Flanschteil 4 und der weiteren Anschlagfläche 30 des ersten
Niederhaltesegments 17 ausgebildet.
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Die
erste Stellvorrichtung 10 und die erste Begrenzungsvorrichtung 25 sind,
wie es sich unmittelbar aus der 1 ergibt,
in einer Ebene angeordnet, welche parallel zu der Rotationsachse
der Zylindertrommel 2 verläuft und die insbesondere
senkrecht auf der Schwenkachse S der Schwenkwiege 5 steht.
Die Kraftrichtung sowohl zur Einleitung der Stellkraft durch die
erste Stellvorrichtung 10 als auch die Kraftrichtung bei
Anschlag an die einstellbare erste Begrenzungsvorrichtung 25 liegt
somit ebenfalls in der parallel zu der Rotationsachse ausgebildete
Ebene. Da diese Ebene gleichzeitig durch einen ersten an der Schwenkwiege 5 und
dem Flanschteil 4 ausgebildeten Lagerbereich verläuft,
werden Torsionskräfte auf die Schwenkwiege 5 vermieden.
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Um
die Axialkolbenmaschine 1 in Richtung maximalem Verdrängungsvolumens
auch bei druckloser Druckkammer 13 vorzuspannen, ist an
der ersten Stellvorrichtung 10 ein elastisches Element
vorgesehen. Das elastische Element ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
als Feder 33 ausgeführt. Die Feder 33,
die vorzugsweise eine Stahlspiralfeder ist, stützt sich
einerseits an einem in der Nähe des zweiten Endes 16 ausgebildeten
Federlager 31 ab. Das Federlager 31 ist als radialer
Absatz in dem Stellkolben 11 ausgebildet und weist einen
sich in axialer Richtung geringfügig in Richtung des ersten
Endes 12 des Stellkolbens 11 erstreckenden Führungsabschnitt
zur Zentrierung der Feder 33 auf. Am gegenüberliegenden
Ende der Feder 33 liegt die Feder 33 an einem
Federlager 32 an. Das Federlager 32 weist ebenfalls
einen Führungsabschnitt auf, der sich in axialer Richtung
erstreckt. Das Federlager 32 ist einer zentrierenden Ausnehmung 34 des
Gehäuseteils 3 angeordnet und liegt dort an dem
Boden des topfförmigen Gehäuseteils 3 an.
Das Federlager 32 liegt dabei vorzugsweise gleichzeitig
an dem Boden des topfförmigen Gehäuses 3 am
Grund der zentrierenden Ausnehmung 34 und an der zum Innenraum
des Gehäuses der Axialkolbenmaschine 1 orientierten Ende
der Buchse 15 an.
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In
der 1 ist ein Schnitt durch die durch die erste Stellvorrichtung 10 und
die erste einstellbare Begrenzungsvorrichtung 25 definierte
Ebene dargestellt. Die erste Stellvorrichtung 10 ist zur
Verstellung der Axialkolbenmaschine 1 in Richtung größeren
Hubvolumens vorgesehen und kann daher als Ausschwenkvorrichtung
bezeichnet werden. Dies ist dann zutreffend, wenn die Axialkolbenmaschine 1 als Hydropumpe
z. B. im offenen Kreislauf eingesetzt wird und zur Förderung
in lediglich einer Richtung vorgesehen ist.
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In
der Axialkolbenmaschine 1 ist ferner eine zweite Stellvorrichtung
vorgesehen, welche in der Darstellung der 1 jedoch
auf Grund der Lage des Schnitts nicht erkennbar ist. Die zweite
Stellvorrichtung weist ebenfalls eine zweite variable Begrenzungsvorrichtung
auf und entspricht im wesentlichen der ersten Stellvorrichtung 10.
Die zweite Stellvorrichtung und die zweite Begrenzungsvorrichtung
sind ebenfalls wiederum in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, wobei
diese weitere Ebene parallel zu der Ebene der ersten Stellvorrichtung 10 und
der ersten Begrenzungsvorrichtung 25 liegt. Die beiden
Ebenen liegen dabei vorzugsweise symmetrisch zu der Rotationsachse
der Zylindertrommel 2.
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Diese
Anordnung ist in der 2 dargestellt, in der die einzelnen
Komponenten des Stellsystem noch einmal in einer perspektivischen
Darstellung gezeigt sind. Dabei sind zur leichtern Nachvollziehbarkeit
die nicht das Stellsystem betreffenden Komponenten der Axialkolbenmaschine 1 weggelassen.
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Es
ist zu erkennen, dass die erste Stellvorrichtung 10 und
die zweite Stellvorrichtung 35 auf bezüglich der
Rotationsachse gegenüberliegenden Seiten liegen. Auch die
zweite Stellvorrichtung 35 des Stellsystems weist einen
Stellkolben auf, der mit seinem ersten Ende in einer zweiten Buchse 36 gelagert ist.
Die zweite Buchse 36 ist ebenfalls in einer Sackbohrung
in dem Boden des topfförmigen Gehäuseteils 3 eingesetzt.
Damit wird eine zweite Druckkammer in der Buchse 36 ausgebildet,
welche durch den Boden des topfförmigen Gehäuseteils 3,
wie schon bei der ersten Stellvorrichtung 10, verschlossen
ist. Der Druckraum bzw. die Druckkammer wird durch eine ebenfalls
ballige Stellkolbenscheibe begrenzt. Über den gesamten
Verstellweg des Stellsystems ist die jeweils ballige Stellkolbenscheibe
sowohl des Stellkolbens 11 als auch des Stellkolbens der
zweiten Stellvorrichtung 35 in der Buchse 15 bzw.
der weiteren Buchse 36 geführt. An dem anderen
Ende des Stellkolbens der zweiten Stellvorrichtung 35 ist
ebenfalls eine Kugelgelenkverbindung ausgebildet. Das zweite Ende 37 des
Stellkolbens der zweiten Stellvorrichtung 35 ist ebenfalls
in eine sphärische Ausnehmung eines zweiten Niederhaltesegments 38 eingesetzt.
Das zweite Niederhaltesegment 38 ist wie das erste Niederhaltesegment 30 mit
der Schwenkwiege 5 mittels Schrauben 18 verbunden.
Das erste und das zweite Niederhaltesegment 17 und 38 sind
vorzugsweise identisch ausgeführt. Das erste Niederhaltesegment 17 erstreckt
sich im Wesentlichen entlang der Ebene, in der die erste Stellvorrichtung 10 und
die erste Begrenzungsvorrichtung 25 angeordnet sind. Dementsprechend
erstreckt sich das zweite Niederhaltesegment 38 im Wesentlichen
entlang einer weiteren Ebene, in der die zweite Stellvorrichtung 35 und
eine zweite variable Begrenzungsvorrichtung 39 angeordnet
sind. Die zweite variable Begrenzungsvorrichtung 39 entspricht
in ihrem Aufbau der ersten variablen Begrenzungsvorrichtung 35,
so dass auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird. In Abhängigkeit
von beispielsweise unterschiedlichen Fördermengen in der
einen oder der anderen Richtung kann dabei die Einstellschraube 27 für
die erste Bewegungsrichtung mit einer anderen Länge gewählt
werden als für die zweite Bewegungsrichtung.
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Die
Darstellung der 2 zeigt, dass eine Verbindungslinie
zwischen dem ersten Stellkolben 11 und dem Stellkolben
der zweiten Stellvorrichtung 35 die Rotationsachse der
Antriebswelle schneidet. Ebenso schneidet eine weitere gedachte
Verbindungslinie der beiden Anschlagflächen 26 und 40 die Rotationsachse.
Dabei schließen die beiden gedachten Verbindungslinien
ihrerseits einen Winkel von etwa 70° bis 90° ein.
Betrachtet man einen Querschnitt durch die Axialkolbenmaschine 1,
die typischerweise ein Gehäuse mit einem rechteckigen oder
quadratischen Querschnitt aufweist, so sind die Stellvorrichtungen 10 und 35 auf
einer ersten Diagonalen im Bereich der Innenecken des Gehäuses
und die einstellbaren Begrenzungsvorrichtungen 25 und 39 auf
einer zweiten Diagonalen im Bereich der Innenecken des Gehäuses
angeordnet. Unterteilt man in einem solchen Schnitt die Axialkolbenmaschinen in
4 Quadranten, so ist die erste Stellvorrichtung 10 in dem
ersten Quadranten, die erste Begrenzungsvorrichtung 25 in
dem vierten Quadranten, die zweite Stellvorrichtung 35 in
dem dritten Quadranten und die zweite einstellbare Begrenzungsvorrichtung 39 in dem
zweiten Quadranten angeordnet.
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An
dem zweiten Niederhaltesegment 38 ist ebenfalls eine Anschlagfläche 40 ausgebildet,
die ballig ausgeführt ist. Die ballige Ausbildung der Anschlagfläche 40 hat,
wie schon bei dem ersten Niederhaltesegment 30 zur Folge,
dass unabhängig von der gewählten Einstellung
der variablen Begrenzungsvorrichtung 39 die Krafteinleitung
immer senkrecht auf der Anschlagfläche 40 steht.
Zur Ausbildung eines Sicherheitsanschlags ist auch an dem zweiten
Niederhaltesegment 38 eine weitere Anschlagfläche 41 ausgebildet.
Die weitere Anschlagfläche 41 ist an demselben
Ende des zweiten Niederhaltesegments 38 ausgebildet, wie
die Kugelgelenkverbindung mit dem Stellkolben der zweiten Stellvorrichtung 35.
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In
der 2 ist es zu erkennen, dass das Schwenkwiegenlager 8 der
Schwenkwiege 5 durch eine erste Lagerfläche 8.1 und
eine zweite Lagerfläche 8.2 gebildet wird. Die
erste Lagerfläche 8.1 erstreckt sich dabei in
einer Breite in Richtung der Schwenkachse S, so dass die Ebene,
in der die erste Stellvorrichtung 10 und die erste einstellbare
Begrenzungsvorrichtung 25 angeordnet sind, also in der
die Kraftrichtungen durch die erste Stellvorrichtung 10 und
die erste einstellbare Begrenzungsvorrichtung 25 liegen,
durch die erste Lagerfläche 8.1 verläuft.
In entsprechender Weise erstreckt sich die zweite Lagerfläche 8.2 ebenfalls über
eine Breite in Richtung der Schwenkachse S, so dass die weitere
Ebene, in der die zweite Stellvorrichtung 35 und die zweite
Begrenzungsvorrichtung 39 angeordnet sind, durch den Bereich
der zweiten Lagerfläche 8.2 verläuft.
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In
der 3 ist noch einmal eine perspektivische Darstellung
des Stellsystems der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 dargestellt.
Dabei sind insbesondere die erste Stellvorrichtung 10 und die
zweite Stellvorrichtung 35 in einem Schnitt dargestellt.
Bei der zweiten Stellvorrichtung 35 ist ferner ein Gegenstück
zu der weiteren Anschlagfläche 40 dargestellt.
Dieses Gegenstück zur zweiten Anschlagfläche 40,
das mit der zweiten Anschlagfläche 40 zu einem
Sicherheitsanschlag zusammenwirkt, kann insbesondere im Falle einer
Rückscvhwenkvorrichtung auch an dem topfförmigen
Gehäuseteil 3 ausgebildet sein. In der Schnittdarstellung
der zweiten Stellvorrichtung 35 ist es zu erkennen, dass
auch in dem Stellkolben der zweiten Stellvorrichtung 35 ein
sich in Längsrichtung erstreckender Schmiermittelkanal 42 vorgesehen
ist. Dieser Schmiermittelkanal 42 verbindet die in der
zweiten Buchse 36 ausgehildete zweite Druckkammer mit der
Kugelgelenkverbindung zwischen dem Stellkolben und dem zweiten Niederhaltesegment 38.
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Es
ist in der 3 gut zu erkennen, dass die erste
Druckkammer 13 in ihrem Durchmesser kleiner ausgeführt
ist als die zweite Druckkammer. Dadurch ist es möglich,
in der ersten Druckkammer 13 immer den förderseitigen
Hochdrduck der Axialkolbenmaschine 1 im Falle einer Pumpe
anstehen zu lassen. Eine Verschwenkung in Richtung kleiner werdender Fördervolumina
wird dann erreicht, die in der zweiten Druckkammer auf eine größere
Fläche der balligen Stellkolbenscheibe des Stellkolbens
der zweiten Stellvorrichtung 35 wirkende hydraulische Kraft
die hydraulische kraft auf den ersten Stellkolben 11 maximal
erreicht. In der 3 ist das Stellsystem in seiner
ersten Endposition dargestellt, in der die Anschlagfläche 26 des
ersten Niederhaltesegments 17 sich in Anlage mit der ersten
Begrenzungsvorrichtung 25 befindet.
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Ferner
ist es erkennbar, dass die Schwenkwiege 5 mittig von einer
Bohrung 45 durchsetzt ist. Diese Bohrung 45 bildet
einen Durchlass für die Triebwelle der Axialkolbenmaschine 1.
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In
der 4 ist ein leicht abgewandeltes Ausführungsbeispiel
des Stellsystems der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 dargestellt. Im
Gegensatz zu den in den 1 bis 3 dargestellten
Stellsystemen wird hier eine Rückführung der Position
der Schwenkwiege 5 und somit des Stellkolbens 11' der
ersten Stellvorrichtung 10 ermöglicht. Hierzu
ist an dem Stellkolben 11' ein Rückführelement 50 angeordnet.
Dieses Rückführelement 50 ist mit dem
Stellkolben 11' fest verbunden, so dass die Position des
Rückführelements 50 eine Information über
die jeweils eingestellte Fördermenge der Axialkolbenmaschine 1 liefert.
Insbesondere ist ein solches Rückführelement 50 für
eine Leistungsregelung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1 vorteilhaft.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 3 ist
daher eine Anlage des Federtellers 32 am Boden des topfförmigen
Gehäuseteils 3 nicht möglich. Es ist
daher ein Anlagering 46 vorgesehen, welcher sich an einer
im Inneren des topfförmigen Gehäuseteils 3 ausgebildeten
Rippe anliegt. Der Anlagering 46 weist wiederum eine zentrierende
Ausnehmung auf, in der der Federteller 32 angeordnet ist.
Der Federteller 32 weist eine zentrale Bohrung auf, durch
die der Stellkolben 11 bzw. 11' verläuft.
Zur Montage ist der Federteller 32 geschlitzt und kann
somit über den Stellkolben 11 bzw. 11' geschoben
werden.
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Die 5 zeigt
einen teilweisen Schnitt durch Komponenten des Stellsystems der
erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1.
Dabei ist insbesondere der Verlauf der Druckkanäle in dem ersten
Niederhaltesegment 17 und weiter in der Schwenkwiege 5 gezeigt.
Es ist insbesondere zu erkennen, dass der Druckkanal in der Schwenkwiege 5 im
Bereich der zweiten Lagerfläche 8.2 ausmündet und
somit eine hydrostatische Entlastung der Schwenkwiege 5 ermöglicht.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere ist es möglich, einzelne
Merkmale der dargestellten Ausführungsbeispiele in vorteilhafter
Weise miteinander zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Informationsschrift
RDE 92500-19-L/11.03 der Bosch Rexroth AG [0004]
- - RDE 92500-19-L/11.03 [0005]