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Die
Erfindung betrifft ein Niederhaltesegment zum Niederhalten einer
Rückzugplatte
einer hydrostatischen Kolbenmaschine.
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Bei
hydrostatischen Axialkolbenmaschinen muss insbesondere während des
Saughubs gewährleistet
werden, dass Gleitschuhe, mit denen sich die längs verschieblich gelagerten
Kolben auf einer Lauffläche
einer Schwenkwiege abstützen,
in Anlage mit der Lauffläche
verbleiben. Hierzu wird eine Rückzugplatte
eingesetzt, die die Gleitschuhe umgreift und damit in Anlage an
der Lauffläche
der Schwenkwiege hält.
Um die Position der Rückzugplatte
relativ zu der Lauffläche
der Schwenkwiege festzulegen, ist es bekannt, Niederhaltesegmente
einzusetzen. Diese Niederhaltesegmente weisen zudem eine Aufnahme
für ein
Betätigungselement
auf und werden mit der Schwenkwiege fest verbunden. Zur Einstellung
des Schwenkwinkels und damit des Hubvolumens der Axialkolbenmaschinen
wirkt eine Stellvorrichtung über
die Aufnahme mit dem Niederhaltesegment zusammen. Das mit der Schwenkwiege
verschraubte Niederhaltesegment überträgt somit
die durch die Stellvorrichtung erzeugte Kraft auf die Schwenkwiege
und dreht diese in einem Schwenkwiegenlager. Ferner ist es bekannt,
in dem Niederhaltesegment eine Druckdurchführung vorzusehen, über die
Druckmittel zur hydrostatischen Schwenkwiegenentlastung zuführbar ist.
Diese Druckmittelzuführung
weist einen Druckmitteleingang auf. Dieser Druckmittelzuführung ist
so an dem Niederhaltesegment angeordnet, dass er beim montierten
Niederhaltesegment in der Schwenkachse der Schwenkwiege liegt. Über eine
separate Druckzuführungsstange
kann damit Druckmittel zur Entlastung der Schwenkwiege zugeführt werden.
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Zum
Niederhalten der Rückzugplatte
ist eine Niederhaltefläche
an dem Niederhaltesegment ausgebildet, welche sich entlang eines
Kreisbogenabschnitts erstreckt. Beim montierten Niederhaltesegment
liegt diese Niederhaltefläche
an der Rückzugplatte
an und verhindert damit ein Abheben der Rückzugplatte.
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Zum
Sichern von Notlaufeigenschaften der Axialkolbenmaschine werden
die bekannten Niederhaltesegmente aus Messing gefertigt. Die Notlaufeigenschaften
von Messing sind bekannt. Da Messing jedoch ein relativ weicher
Werkstoff ist, kann die Funktionalität des Niederhaltesegments lediglich
auf die oben beschriebenen Funktionen wie die Übertragung einer Stellkraft
und das Niederhalten der Rückzugplatte
beschränkt
sein. Dies erfordert jedoch, dass zusätzliche Funktionen, wie z.
B. eine Schwenkwinkelbegrenzung, an anderen Stellen der Axialkolbenmaschine
vorgesehen werden müssen.
Letztlich kommt es somit zu einer Vergrößerung des Bauraums der Axialkolbenmaschine.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Niederhaltesegment zu schaffen,
das eine höhere
Integration von Funktionen der Axialkolbenmaschine erlaubt.
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Die
Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Niederhaltesegment mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Niederhaltesegment ist
zum Niederhalten einer Rückzugplatte
einer hydrostatischen Kolbenmaschine vorgesehen. Es weist eine Aufnahme
für ein
Betätigungselement
einer Verstellvorrichtung und eine Niederhaltefläche auf, welches sich entlang
eines Kreisbogenabschnitts erstreckt. Das erfindungsgemäße Niederhaltesegment ist
aus nitrocarburiertem Stahl gefertigt und oxidiert. Durch das Nitrocarburieren
des Stahls des Niederhaltesegments wird eine hohe Festigkeit des
Bauteils erreicht. Damit können
nicht nur die Niederhaltefunktion für die Rückzugplatte sowie die Übertragung
der durch die Verstellvorrichtung eingeleiteten Kraft durch das
Niederhaltesegment erreicht werden, sondern es können noch weitere Funktionen
in das Niederhaltesegment integriert werden. Das Nitrocarburieren
allein hätte
jedoch zur Folge, dass sich die Gleiteigenschaften des Niederhaltesegments
ohne einen Schmiermittelfilm verschlechtern würden. Das Niederhaltesegment
ist daher zudem oxidiert. Dabei wird durch die Oxidation des nitrocarburierten
Stahls eine gleitfähige
Oberfläche
des Niederhaltesegments erreicht. Erst dadurch kann trotz einer
möglichen
Integration von weiteren Funktionen sichergestellt werden, dass
das Niederhalten der Rückzugplatte
insbesondere auch während
der Anlaufphase der Axialkolbenmaschine nicht zu einer hohen Reibung
zwischen dem Niederhaltesegment und der Rückzugplatte führt.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Niederhaltesegments
ausgebildet.
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Insbesondere
ist es vorteilhaft, an dem Niederhaltesegment zumindest eine Anschlagfläche auszubilden.
Eine solche Anschlagfläche
kann beispielsweise zur Begrenzung der Bewegung der Schwenkwiege
mit einem einstellbaren Anschlag zusammenwirken. Da bei Anfahren
der Endposition der Schwenkwiege durch die Kraft einer Verstellvorrichtung
die Schwenkwiege bzw. das Niederhaltesegment jeweils gegen die Einstellschraube
der Begrenzungsvorrichtung gedrückt
wird, ist das Niederhaltesegment an dieser Anschlagfläche einer
erheblichen Belastung ausgesetzt. Es ist daher nur durch die Verwendung
von nitrocarburiertem Stahl, der oxidiert ist, möglich, die Funktionen des Niederhaltens
der Rückzugplatte
und die Funktion der Schwenkwinkelbegrenzung durch die Anschlagfläche in das
Niederhaltesegment zu integrieren.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, die Anschlagfläche und die Aufnahme für das Betätigungselement an
entgegen gesetzten Enden des selben Niederhaltesegments auszubilden
und zu einer von einer Montagefläche
des Niederhaltesegments abgewandten Seite hin zu orientieren. Durch
eine solche Anordnung der Aufnahme für ein Betätigungselement und der Anschlagfläche zur
Begrenzung der Bewegung der Schwenkwiege wird eine günstige Krafteinleitung in
das Niederhaltesegment und damit letztlich in die Schwenkwiege erreicht.
Die Krafteinleitung erfolgt sowohl für die Stellkraft als auch für die Begrenzungskraft
an dem selben Bauteil. Die Anschlagfläche ist vorzugsweise ballig
ausgeführt.
Dabei liegt der Mittelpunkt der Balligkeit auf der der Montagefläche des
Niederhaltesegments zugewandten Seite der Anschlagfläche. Durch
eine solche Anordnung des Mittelpunkts der Balligkeit und eine ballige
Ausführung
der Anschlagfläche
wird erreicht, dass die Krafteinleitung, die durch die Begrenzungsvorrichtung
erfolgt, durch den Mittelpunkt der Balligkeit geführt werden
kann. Im Bezug auf die Schwenkwiege erfolgt somit die Krafteinleitung
immer gleich und insbesondere unabhängig von der eingestellten Schwenkwiegebegrenzung.
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Weiterhin
ist es bevorzugt, eine noch höhere Integration
der Funktionalitäten
in das Niederhaltesegment vorzusehen.
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Hierzu
ist eine weitere Anschlagfläche
an dem Niederhaltesegment ausgebildet, welche an der selben Seite
des Niederhaltesegments vorgesehen ist wie die Aufnahme für das Betätigungselement. Diese
weitere Anschlagfläche
ist vorzugsweise gleich orientiert wie die Montagefläche des
Niederhaltesegments. Damit sind die Aufnahme und die weitere Anschlagfläche in entgegen
gesetzten Richtungen an dem selben Ende des Niederhaltesegments
angeordnet.
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Der
Kreisbogenabschnitt, entlang dessen sich die Niederhaltefläche erstreckt,
weist vorzugsweise einen Umschlingungswinkel von etwa 90 Grad auf.
Bei einem solchen Öffnungswinkel
ergibt sich ein günstiges
Verhältnis
von Gewicht zu Kontaktfläche zwischen
der Rückzugplatte
und dem Niederhaltesegment. Bei Montage des Niederhaltesegments
auf der Schwenkwiege wird somit erreicht, dass während der stärksten Hubbewegung
und damit der größten Kraftübertragung
auf die Rückzugplatte
während
eines Saughubs eines Kolbens die Rückzugplatte gegen die Niederhaltefläche des
Niederhaltesegments gepresst wird. Im Bereich der größten Kraftübertragung
auf die Rückzugplatte
wird damit über
die Niederhaltefläche
die Rückzugplatte
abgestützt.
Beim weiteren Umlauf der Rückzugplatte
werden die erforderlichen Kräfte,
um den Gleitschuh auf der Lauffläche
der Schwenkwiege zu halten, kleiner bzw. wirken sogar in umgekehrter
Richtung. Infolgedessen ist die Ausbildung einer Niederhaltefläche mit
einem Umschlingungswinkel von etwa 90 Grad ausreichend, um eine
Verwindung der Rückzugplatte
sicher zu verhindern.
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Während des
Betriebs einer Axialkolbenmaschine wird zwischen der Niederhaltefläche des
Niederhaltesegments und der korrespondierenden Gleitfläche an der
Rückzugplatte
ein Schmiermittelfilm aufgebaut. Um das Ausbilden eines solchen Schmiermittelfilms
zwischen der Fläche
der Rückzugplatte
und der Niederhaltefläche
zu begünstigen, ist
an dem Niederhaltesegment an zumindest einem Ende der Niederhaltefläche ein
schräger
Flächenabschnitt
ausgebildet, so dass sich zum Ende der Niederhaltefläche hin
der Abstand zwischen der Montagefläche und der Niederhaltefläche vergrößert. Eine solche
schräge
Fläche
kann insbesondere dann an beiden Enden der Niederhaltefläche vorgesehen werden,
wenn das Niederhaltesegment zum Einsatz in einer für zwei Drehrichtungen
vorgesehen Axialkolbenmaschine vorgesehen ist. Solche schrägen Flächenabschnitte
begünstigen
den Eintritt von Druckmittel, welches sich an der Rückhalteplatte
befindet und verbessern somit das Ausbilden eines Schmiermittelfilms
zwischen der Rückzugplatte
und dem Niederhaltesegment.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
ist in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch eine Axialkolbenmaschine mit dem erfindungsgemäßen Niederhaltesegment;
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2 eine
Darstellung eines Stellsystems der Axialkolbenmaschine der 1 mit
einer ersten Stellvorrichtung und einer zweiten Stellvorrichtung und
unter Verwendung von einem ersten Niederhaltesegment und einem zweiten
Niederhaltesegment;
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3 eine
erste perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederhaltesegments;
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4 eine
zweite, teilgeschnittene Darstellung eines erfindungsgemäßen Niederhaltesegments;
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5 eine
dritte perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Niederhaltesegments
der 3 und
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6 eine
weitere Darstellung des Stellsystems mit einem erfindungsgemäßen Niederhaltesegment
in einer teilgeschnittenen Darstellung.
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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 6 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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Die
beiden Niederhaltesegmente 17, 38 sind gleich
ausgeführt.
Ein solches Niederhaltesegment 17, 38 ist in der 3 in
einer perspektivischen Darstellung vergrößert gezeigt. Das Niederhaltesegment 17, 38 weist
eine im Wesentlichen stabförmige
Geometrie auf. An einem ersten Ende 45 ist die Aufnahme
für das
Betätigungselement
der ersten Stellvorrichtung 10 ausgebildet. Im Falle der
gezeigten Axialkolbenmaschine 1 ist der Stellkolben 11 die
Betätigungsvorrichtung.
Die Aufnahme ist in Form einer sphärischen Ausnehmung 20 ausgebildet.
Die kugelförmige
Ausnehmung 20 umschließt
dabei die zum Einsatz vorgesehene kugelkopfförmige Ausbildung des zweiten
Endes 16 des Stellkolbens 11 soweit, dass Zug
und Druckkräfte übertragbar
sind. Hierzu ist an dem Stellkolben 11 beim Übergang
zwischen der kugelkopfförmigen
Geometrie und einem Stellkolbenschaft ein Hinterschnitt ausgebildet,
so dass in einem geneigten Zustand der Kugelkopf in die Ausnehmung 20 einsetzbar
ist. Während
des normalen Betriebs wird dagegen ein solcher Winkel zwischen dem Niederhaltesegment 17 und
dem Stellkolben 11 nicht erreicht, so dass ein Herausgleiten
des kugelkopfförmigen
zweiten Endes 16 des Stellkolbens 11 aus der Ausnehmung 20 nicht
auftreten kann.
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An
dem von dem ersten Ende 45 des Niederhaltesegments 17 abgewandten
zweiten Ende 46 ist die ballig ausgeführte Anschlagfläche 26 ausgebildet.
Der Mittelpunkt der balligen Geometrie der Anschlagfläche 26 liegt
in der 3 unterhalb der Anschlagfläche 26 und damit auf
der der Lauffläche 6 der
Schwenkwiege 5 zugewandten Seite der Anschlagfläche 26.
Der das erste Ende 45 mit dem zweiten Ende 46 verbindende
Bereich des Niederhaltesegments 17, 38 ist auf
einer Seite gradlinig ausgeführt.
Damit wird eine ebene Seitenfläche 47 an
dem Niederhaltesegment 17, 38 ausgebildet. Die
hiervon abgewandte Seitenfläche,
die bei der Montage auf der Schwenkwiege 5 in Richtung
zum Mittelpunkt der Schwenkwiege 5 bzw. deren Lauffläche 6 orientiert ist,
ist dagegen mit einer Krümmung 48 ausgeführt. Die
Krümmung 48 bzw.
die dort ausgebildete Niederhaltefläche wird nachfolgend noch unter
Bezugnahme auf die 5 erläutert.
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Zur
Montage des Niederhaltesegments 17, 38 auf der
Lauffläche 6 der
Schwenkwiege 5 ist eine Montagefläche 49 vorgesehen.
Die Montagefläche 49 ist
als ebene Fläche
ausgeführt
und erstreckt sich über
einen Großteil
der Gesamtlänge
des Niederhaltesegments 17, 38. Das gesamte Niederhaltesegment 17, 38 ist
geringfügig
länger
ausgeführt
als die Kontaktfläche
mit der Schwenkwiege 5, so dass das erste Ende 45 und
das zweite Ende 46 geringfügig über die Schwenkwiege 5 hinausragen.
Damit wird sowohl die Kraft durch die variable Begrenzungsvorrichtung
auf die Anschlagfläche 26 als
auf die Stellkraft über
die Ausnehmung 20 mit einem relativ großen Hebel zugeführt, so
dass schon vergleichsweise kleine Kräfte ausreichen, um sicher eine
Stellbewegung bzw. eine Begrenzung der Stellbewegung zu ermöglichen.
Damit kann die Schwenkwiege 5 selbst insgesamt kleiner
ausgeführt
werden, was zu einer Verringerung des Gesamtgewichts der Axialkolbenmaschine 1 führt.
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Um
ein zuverlässiges
Funktionieren der Axialkolbenmaschine 1 zu erreichen ist,
dass erfindungsgemäße Niederhaltesegment 17, 38 aus
Stahl ausgeführt.
Dieser Stahl wird nitrocarburiert und oxidiert. Durch Nitrocarburieren
des Stahls wird eine hohe Festigkeit des Bauteils erreicht. Durch
eine solche hohe Festigkeit kann die Anschlagfläche 26 an dem Niederhaltesegment 17, 38 ausgebildet
werden. Selbst in einem fortgesetzten Betrieb verschleißt daher
die Anschlagfläche 26 nicht
so weit, dass dies zu einer Veränderung
der Endlage der Schwenkwiege 25 führen könnte. Dies ist insbesondere
auch vor dem Hintergrund einer sicheren Funktion der mit beträchtlichen
Drücken
operierenden Axialkolbenmaschinen 1 vorteilhaft.
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Die
Länge des
Niederhaltesegments 17, 38 ermöglicht es zusätzlich auf
der identisch zu der Montagefläche 49 orientierten
Seite des ersten Endes 45 des Niederhaltesegments 17 eine
weitere Anschlagfläche 30 vorzusehen.
Diese weitere Anschlagfläche 30 wirkt
mit einem Gegenstück
zusammen, welches in dem Gehäuse
der Axialkolbenmaschine 1 ausgebildet ist. Die weitere
Anschlagfläche 30 bildet
damit einen Sicherheitsanschlag, wodurch sämtliche die Position der Schwenkwiege 5 beeinflussenden
Kräfte
ausschließlich
an dem Niederhaltesegment 17, 38 eingeleitet werden.
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Zur
Montage des Niederhaltesegments 17, 38 an der
Schwenkwiege 5 sind Verschraubungen 18 vorgesehen,
wie dies bereits unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert wurde.
Zur Aufnahme der Schrauben 18 sind in dem Niederhaltesegment 17, 38 Bohrungen 50, 51 ausgebildet.
Die Bohrungen 50, 51 durchdringen das Niederhaltesegment 17, 38 und
sind nahe des ersten Endes 45 und des zweiten Endes 46 ausgebildet.
Bei dem in der 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist überdies
eine Druckmittelzuführung 52 vorgesehen.
Die Druckmittelzuführung 52 ist über einen
Druckmittelkanal 53 mit der Montagefläche 49 verbunden,
so dass Druckmittel bis zu der Montagefläche 49 über die
Druckmittelzuführung 52 zugeführt werden
kann. Dies ist in der 4, die einen Schnitt durch das
erfindungsgemäße Niederhaltesegment 17, 38 zeigt,
dargestellt. Die Druckmittelbohrung 53 erstreckt sich vom
ersten Ende 45 des Niederhaltesegments 17, 38 bis
zu der Druckmittelaufnahme 52. Dabei durchdringt sie die Bohrung 51 und
ist mit einer Querbohrung 54 verbunden. An einer korrespondierenden
Stelle zu der Querbohrung 54 ist ein weiterer Druckmittelkanal
in der Schwenkwiege 5 ausgebildet. Dies wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die 6 noch verdeutlicht. Über dieses
Kanalsystem kann Druckmittel, das über eine in den Figuren nicht
dargestellte Druckmittelleitung an der Druckmittelzuführung 52 zugeführt wird,
den Lagerbereichen der Schwenkwiege 5 zugeführt werden.
Bevorzugt wird jedoch eine Alternative Ausführung verwendet, bei der der
Druckmittelkanal 53 mit der kugelförmigen Ausnehmung 20 verbunden ist.
Damit wird das der Schwenkwiege 5 zugeführte Druckmittel über den
Stellkolben 11 aus der Druckkammer 13 entnommen.
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In
der 5 ist eine dritte perspektivische Darstellung
des erfindungsgemäßen Niederhaltesegments 17, 38 gezeigt.
Insbesondere ist es dort erkennbar, dass im Bereich der Krümmung 48 die
Niederhaltefläche 19 ausgebildet
ist. Die Niederhaltefläche 56 wird
beispielsweise durch eine kreisförmige Ausfräsung von
Seite der Montagefläche 49 her
in das Niederhaltesegment 17, 38 eingebracht.
Die Niederhaltefläche 56 ist
planparallel zu der Montagefläche 49 ausgebildet.
Während
des Betriebs der Axialkolbenmaschine 1 dreht sich die Rückhalteplatte
mit den darin fixierten Gleitschuhen und liegt mit ihrer von der
Lauffläche 6 der
Schwenkwiege 5 abgewandten Oberfläche an der Niederhaltfläche 19 an. Die
fest über
die Verschraubungen mit der Schwenkwiege 5 verbundenen
Niederhaltesegmente 17, 38 halten über eine
formschlüssige
Verbindung somit die Rückzugplatte
mit einem maximalen Abstand zu der Lauffläche 6 der Schwenkwiege 5.
Während
des Betriebs bildet sich zwischen der Niederhaltefläche 5 und
der Oberfläche
der Rückzugplatte 7 ein
Schmiermittelfilm aus. Um den Eintritt von Schmiermittel im Betrieb
zu verbessern und damit auch das Anlaufverhalten der Axialkolbenmaschine 1 zu
verbessern und den Verschleiß zu
verringern, ist an der Niederhaltefläche 19 zumindest eine
schräge
Fläche 57 oder 58 ausgebildet.
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Die
Niederhaltefläche 19 erstreckt
sich entlang eines Kreisbogenabschnitts. Der Umschlingungswinkel
der Niederhaltefläche 56 beträgt etwa 90
Grad. Die schräge
Fläche 57 ist
so ausgebildet, dass sich auf das Ende 57' der Niederhaltefläche 56 hin
der Abstand von der Montagefläche 49 vergrößert. Damit
entsteht ein keilförmiger
Zwischenraum zwischen der Niederhaltfläche 56 im Bereich
der zumindest einen schrägen
Fläche 57 und
der Rückzugplatte 7.
Es entsteht somit eine Einführschräge, die das
Eintreten von Schmiermittel in den Zwischenraum zwischen der Niederhaltefläche 19 und
die Rückzugplatte 7 begünstigt.
Sofern die Axialkolbenmaschine 1 für einen Betrieb in beide Drehrichtungen ausgelegt
ist, ist es bevorzugt, an der dem Niederhaltesegment 17, 38,
wie es in der 5 dargestellt ist, an beiden
Ende eine solche schräge
Fläche 57, 58 vorzusehen.
Die zweite schräge
Fläche 58 an
dem anderen Ende 58' ist
entsprechend der ersten schrägen
Fläche 57 ausgebildet.
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Ferner
ist in der 5 gut die weitere Anschlagfläche 30 zu
erkennen. Die Anschlagfläche 30 ist
an dem selben Ende 45 ausgebildet wie die Aufnahme für die Betätigungsvorrichtung.
Dabei ist die Anschlagfläche 30 im
Wesentlichen in Richtung der Montagefläche 49 orientiert,
verläuft
aber schräg
zu dieser. Der Winkel, den die Anschlagfläche 30 zu der Montagefläche 49 einnimmt,
ist abhängig
von dem maximalen Schwenkwinkel, bei dem die weitere Anschlagfläche 30 mit
einem Gegenstück
des Gehäuses
der Axialkolbenmaschine 1 zu einem Sicherheitsanschlag
zusammenwirken soll.
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Zur
Fixierung und Zentrierung der Niederhaltesegmente 17, 38 sind,
wie es unter Bezugnahme auf die 1 bereits
erläutert
wurde, Passstifte vorgesehen. Zur Aufnahme des Passstifts ist eine
Zentrierbohrung 59 von der Montagefläche 49 aus in das Niederhaltesegment 17, 38 eingebracht.
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Die 6 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. Dabei ist die bevorzugte Ausführungsform
gezeigt, nach der der Druckmittelkanal in dem Niederhaltesegment 17, 38 mit
der sphärischen
Ausnehmung 20 der Kugelgelenkverbindung verbunden ist. Über die
Querbohrung 54 wird das Druckmittel dann der Schwenkwiege 5 zugeführt. In
der Schwenkwiege 5 ist ein weiterer Druckmittelkanal 56 angeordnet,
der über
eine Eingangsbohrung 56' mit
der Querbohrung 54 des Niederhaltesegments 17, 38 in
Verbindung steht. Der weitere Druckmittelkanal 56 ist ist
mit einer ersten und einer zweiten Lagerflächenbohrung verbunden, wobei
lediglich die zweite Lägerflächenbohrung 56'' in der 6 erkennbar
ist. Dort tritt das Druckmittel beispielsweise in einer in der zweiten
Lagerfläche
vorgesehenen Nut aus.
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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.