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Die
Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Dämpfungsvorrichtung
zur Reduzierung von Pulsationen des Stelldrucks in der Stelldruckkammer.
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Verstellbare
Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauart
sind in ihrem Saug- bzw. Schluckvolumen über den Winkel einer Schrägscheibe
und damit Einstellung ihres Hubvolumens einstellbar. Dazu wird der
Winkel der Schrägscheibe über eine
Stellvorrichtung, die über
ein Stellventil gesteuert wird, eingestellt. Allerdings zeigt die
Schrägscheibe
im Betrieb Schwingungen, die auf die Stellvorrichtung übertragen,
eine periodische Kompression und Dekompression der Hydraulikflüssigkeit
in einer Stelldruckkammer verursachen. Solche Pulsationen führen zu
einer unerwünschten
Geräuschemission der
Axialkolbenmaschine.
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Die
Schwingungen der Schrägscheibe
entstehen durch ein ungleichmäßiges Wiegemoment, welches
durch die sich zyklisch ändernden
Kräfte und
Angriffspunkte der Triebwerkskolben auf die Schrägscheibe verursacht wird. Zum
Einen verändert sich
die Kraft durch den Triebwerkskolben jeweils bei einem Wechsel von
der Saug- auf die
Druckseite und umgekehrt. Zum Zweiten befindet sich, aufgrund der in
der Regel ungeradzahligen Anzahl an Triebwerkskolben, immer ein
Triebwerkskolben mehr auf einer der beiden Seiten der Drehachse
der Schrägscheibe. Zum
Dritten verändert
sich der Hebelarm eines jeden Triebwerkskolbens kontinuierlich mit
der Drehung der Zylindertrommel, weshalb es bei der Summe der auf jeweils
einer Seite wirkenden Momente, verstärkt durch die ungerade Anzahl
der Triebwerkskolben, zu Schwankungen kommt. All dies führt durch Übertragung
der resultierenden Schwenkwiegenbewegung auf die Stellvorrichtung
zu einer nicht zu vernachlässigenden
Stelldruckpulsation in dem Stellzylinder.
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Häufig wird
eine Schrägscheibe
durch einen Stellkolben und einen Gegenkolben in Bezug auf ihren
Neigungswinkel zur Triebwerksachse eingestellt. Die Stelldruckkammer
des Gegenkolbens ist dabei in der Regel mit dem Hochdruck verbunden
und die Stelldruckkammer des Stellkolbens ist mit einem den Stelldruck
in der Stelldruckkammer beeinflussenden Regelventil verbunden. Durch
die Verbindung mit dem Regelventil ist das Totvolumen auf der Seite
des Stellkolbens und der Verbindungsleitung zu dem Regelventil kleiner
als das Totvolumen auf der Seite des Gegenkolbens und der wesentlich
längeren
Hochdruckleitung. Die Volumenänderungen
auf Stellkolbenseite sind bei einer Änderung des Wiegemoments der
Schrägscheibe
wiederum größer, da
der Stellkolben eine größere Querschnittsfläche als
der Gegenkolben aufweist. Da sich die Druckpulsationen aus dem Elastizitätsmodul
multipliziert mit dem Verhältnis
aus Volumenänderung
zu Totvolumen zusammensetzten, sind die Druckpulsationen im Gegenkolben
aufgrund der kleinen Querschnittsfläche und des großen Totvolumens
im Vergleich zu dem Stellkolben von untergeordneter Bedeutung.
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Bei
bekannten Axialkolbenmaschinen wird deshalb zwischen der Regelventileinheit
und der Axialkolbenmaschine eine Ventilzwischenplatte montiert,
die einen mit der Stelldruckkammer des Stellkolbens bzw. dem Regelventil
verbundenen Anschluss aufweist. An diesem Anschluss ist ein im Kreis
geführter
Dämpfungsschlauch
angeschlossen. Der Dämpfungsschlauch
weist eine geringe Steifigkeit, d. h. eine hohe Nachgiebigkeit,
auf und kann daher durch Vergrößern des
Volumens des Dämpfungsschlauchs
bei einem Druckanstieg dem Verkleinern des Totvolumens durch die
Schwankungen des Stellkolbens entgegenwirken. Dies ermöglicht eine
wesentliche Reduzierung der durch die Stellkolbenbewegung verursachten
Stelldruckpulsation.
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Nachteilig
daran ist es, dass die zusätzliche Ventilzwischenplatte
und der Dämpfungsschlauch Einbauraum
beanspruchen und auch zusätzliche Herstellungskosten
verursachen. Der Dämpfungsschlauch
muss, z. B. durch Entlüften,
gewartet werden, was abhängig
von der Einbaulage sehr aufwändig
sein kann. Zusätzlich
altert ein Dämpfungsschlauch
und muss deshalb, auch aus sicherheitstechnischen Gründen, regelmäßig ausgetauscht
werden. Auch Druckspitzen können
den Dämpfungsschlauch
durch eine zu große,
eventuell sogar plastische Dehnung beschädigen.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik
zu beseitigen.
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Die
Aufgabe ist durch die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine nach
Anspruch 1 gelöst.
Die Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise weist
eine Stellvorrichtung mit zumindest einer mit einem Stelldruck beaufschlagten
Stelldruckkammer zur Einstellung eines Stellwinkels der Schrägscheibe und
damit des Hubvolumens der Axialkolbenmaschine auf. Die Stelldruckkammer
des Stellkolbens ist mit einem durch einen verschiebbaren, federbeaufschlagten
Kolben begrenzten Volumen einer Dämpfungsvorrichtung verbunden.
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Durch
das Ersetzen des Dämpfungsschlauchs
durch ein durch einen federbeaufschlagten Kolben veränderbares
Volumen, werden alle Nachteile des Stands der Technik beseitigt.
Eine Ausnehmung, die einen federbeaufschlagten Kolben enthält, benötigt kaum
zusätzlichen
Einbauraum und ist kostengünstig
herzustellen. Zusätzlich
zeigen sowohl Feder als auch Kolben nur sehr geringe Alterungserscheinungen
und sind wesentlich resistenter gegen Druckspitzen. Um die Feder
vor Druckspitzen zu schützen,
kann der Kolbenhub zusätzlich
durch einen Anschlag begrenzt werden. Außerdem ist eine Integration
in die Axialkolbenmaschine möglich,
so dass das Risiko einer Beschädigung
verringert ist.
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Die
Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
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Die
Dämpfungsvorrichtung
weist eine Ausnehmung auf, die insbesondere zylindrisch sein kann.
In dieser Ausnehmung ist ein federbeaufschlagter Kolben angeordnet,
der die Ausnehmung in eine erste Kammer und eine zweite Kammer trennt. Die
erste Kammer ist als veränderbares
Volumen mit der Stelldruckkammer des Stellkolbens verbunden. Dabei
ist es besonders vorteilhaft, wenn die so gebildete zweite Kammer
in der Ausnehmung mit dem Tankvolumen verbunden ist.
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Es
ist insbesondere vorteilhaft, dass die Stellvorrichtung die Dämpfungsvorrichtung
enthält. Dadurch
kann eventuell die Ventilzwischenplatte eingespart oder zumindest
in ihrer Größe reduziert
werden, da ein Anschluss weniger benötigt wird.
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Wenn
die Stellvorrichtung die Dämpfungsvorrichtung
enthält,
ist es insbesondere vorteilhaft, ein Basisteil vorzusehen, das fest
mit der Axialkolbenmaschine verbunden ist. In diesem Basisteil kann beispielsweise
der Stelldruckraum des Stellkolbens ausgebildet sein. Der Stellkolben
kann vorzugsweise hülsenartig
und an einem Ende verschlossen ausgeführt sein und gedichtet auf
dem Basisteil bewegbar sein. Es ist besonders vorteilhaft, die Dämpfungsvorrichtung
dann in dem Basisteil anzuordnen. Damit wird insbesondere zusätzlicher
Bauraum vermieden, da der Bauraum, der bislang bereits für die Stellvorrichtung
erforderlich war, vorteilhaft auch für die Dämpfungsvorrichtung genutzt
werden kann.
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Das
Basisteil ist hierzu vorzugsweise als an seinem Innenumfang gestuft
ausgeführter
Hohlzylinder ausgebildet. Die Dämpfungsvorrichtung
enthält den
Kolben, der das veränderbare
Volumen teilweise begrenzt, wobei der Kolben federbeaufschlagt und dichtend
in dem gestuft ausgeführten
Hohlzylinder geführt
ist. Dabei bildet das Basisteil mit dem Stellkolben und dem federbeaufschlagten
Kolben vorzugsweise eine erste Kammer aus, die mit einer ebenfalls dort
ausgebildeten Stelldruckkammer verbunden ist. Die Stelldruckkammer
und die erste Kammer bilden dabei ein gemeinsames Volumen. In der
Stelldruckkammer und der ersten Kammer liegt der eingestellte Stelldruck
an. An dem von der ersten Kammer abgewandten Ende des Basisteils
ist das Basisteil hinsichtlich seines inneren Radius reduziert.
Der federbeaufschlagte Kolben der Dämpfungsvorrichtung weist hier
einen ebenfalls reduzierten Radius auf, wobei dieser reduzierte
Außenradius
des Kolbenbereichs dichtend in dem reduzierten inneren Radius des
Basisteils geführt
ist. Stirnseitig des Kolbens ist eine dritte Kammer ausgebildet,
die mit einem Stelldruckanschluss verbunden und somit ebenfalls
mit dem Stelldruck beaufschlagt ist. Die dritte Kammer und die erste
Kammer sind vorzugsweise über
einen Längskanal
miteinander verbunden, der sich in Längsrichtung in den federbeaufschlagten
Kolben erstreckt.
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In
der dritten Kammer ist vorzugsweise die Feder angeordnet, mit welcher
der Kolben beaufschlagt ist. Um ein Federlager auf der von dem Kolben
abgewandten Seite der Feder auszubilden, ist vorzugsweise eine radial
nach innen gerichtete Stufe an dem von dem Stelldruckraum abgewandten
Ende des Basisteils ausgebildet.
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Das
Basisteil und der federbeaufschlagte Kolben bilden zudem vorzugsweise
im Bereich der Abstufung des Basisteils, zu der eine korrespondierende
Abstufung des Kolbens passt, eine zweite Kammer aus. An der an dem
federbeaufschlagten Kolben durch die Abstufung ausgebildeten Differenzfläche wird
eine hydraulische Kraft erzeugt, welche gleichsinnig mit der Federkraft
als hydrostatische Kraft wirkt. Die zweite Kammer ist insbesondere
bevorzugt mit einem Tankvolumen verbunden.
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Andererseits
ist es auch vorteilhaft, die Dämpfungsvorrichtung
in der Ventilzwischenplatte, die zwischen einem Gehäuse der
Axialkolbenmaschine und einem Stellventil angebracht ist, anzuordnen.
Dadurch können
auch alte Axialkolbenmaschinen einfach durch Nachrüsten der
neuen erfindungsgemäßen Ventilplatte
mit eingebauter Dämpfungsvorrichtung
und ohne den Dämpfungsschlauch
aufgewertet werden.
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Bei
der Anordnung in der Ventilzwischenplatte ist es besonders bevorzugt,
die zylindrische Ausnehmung der Dämpfungsvorrichtung in Form
einer Sackbohrung auszuführen.
Diese ist mit einer Verschlussvorrichtung, beispielsweise einem
Stopfen, verschlossen und über
eine Stelldruckleitung mit der Stelldruckkammer des Stellkolbens
verbunden. Der Stopfen bzw. allgemein die Verschlussvorrichtung
bildet damit das zweite Federlager, an dem sich die zwischen dem
Stopfen und dem Kolben angeordnete Feder abstützt.
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Zwei
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei werden gleiche Elemente
mit den gleichen Bezugszeichen versehen und es wird von einer doppelten
Beschreibung dieser bereits zuvor beschriebenen Gegenstände abgesehen.
Die Zeichnung zeigt
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1 einen
Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
eines Teils der Stellvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels aus 1;
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3 einen
hydraulischen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
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4A eine
erste Schnittdarstellung der Ventilzwischenplatte des zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine; und
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4B eine
zweite Schnittdarstellung der Ventilzwischenplatte des zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
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1 zeigt
eine Schnittzeichnung durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine 1.
Die Axialkolbenmaschine 1 weist eine Gehäuse 2 auf, das
durch einen Gehäusedeckel 3 mittels
einer Dichtung 24 dichtend abgeschlossen ist. Sowohl in
dem Gehäusedeckel 3 als
auch in dem Gehäuse 2 befindet
sich gegenüberliegend
jeweils ein Wälzlager 19 und 20,
welches eine Triebwelle 5 drehbar lagert. Die Triebwelle 5 ragt
einseitig aus dem Gehäuse 2 heraus,
um das von der Axialkolbenmaschine 1 erzeugte oder aufgenommene
Moment zu übertragen.
Die Erfindung ist allgemein für
alle Axialkolbenmaschinen in Schrägscheibenbauweise geeignet
und sowohl auf eine Pumpe als auch auf einen Motor anwendbar. Ohne
Beschränkung
der Erfindung wird im Folgenden eine Pumpe 1 beschrieben.
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Auf
der Triebwelle 5 ist kraftschlüssig eine Zylindertrommel 11 angeordnet,
welche im angetriebenen Zustand mitsamt der Antriebswelle 5 rotiert. Die
Zylindertrommel 11 weist eine vorzugsweise ungeradzahlige
Anzahl von Zylinderbohrungen 25 auf. Die Zylinderbohrungen 25 münden auf
einer mit dem Gehäusedeckel 3 drehfest
verbundenen und nicht mit der Zylindertrommel 11 rotierenden
Steuerplatte 14. Die Steuerplatte 14 hat zwei
nierenförmige
Steueröffnungen 15 und 16,
wobei die Steueröffnung 15 mit
einer Niederdruckleitung und die Steueröffnung 16 mit einer
Hochdruckleitung verbunden ist. Bei Rotation der Triebwelle 5 und
damit auch der Zylindertrommel 11 werden die Zylinderbohrungen 25 jeweils abwechselnd
mit den Steueröffnungen 15 und 16 verbunden.
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Die
Zylinderbohrungen 25 sind jeweils auf der von der Steuerplatte 14 abgewandten
Seite mit einem Axialkolben 12, der jeweils in der Zylinderbohrung 25 bewegbar
angeordnet ist, dichtend abgeschlossen und bilden jeweils eine Zylinderkammer 13 aus.
Kolbenköpfe 18 sind
kugelförmig
ausgebildet und greifen jeweils in einen Kolbenschuh 26,
so dass der Kolbenkopf 18 und der zugehörige Kolbenschuh 26 ein
Kugelgelenk bilden. Die Kolbenschuhe 26 sind alle auf einer
Schrägscheibe 4 um
die Drehachse der Triebwelle 5 rotierbar gelagert. Der
Winkel der Schrägscheibe 4 bezüglich der
Drehachse der Triebwelle 5 legt den Hub der Axialkolben 12 in
den Zylinderbohrungen 25 innerhalb einer vollen Drehung
der Zylindertrommel 11 fest. Damit ist das Pumpvolumen der
Axialkolbenpumpe 1 einstellbar.
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Der
Winkel der Schrägscheibe 4 ist über eine Stellvorrichtung 6 einstellbar.
Die Schrägscheibe 4 wird
dabei mittels eines Gegenkolbens 7 und eines Stellkolbens 8,
die jeweils über
ein Kugelgelenk 17 mit der Schrägscheibe 4 kraftschlüssig verbunden sind,
in ihrer Position verstellt und gehalten. Der Gegenkolben 7 wird
in einer Aufnahmeausnehmung 28 einer Gegenkolbenbuchse 9 dichtend
geführt.
Der Gegenkolben 7 bildet in der Aufnahmeausnehmung 28 eine
Stelldruckkammer 27 aus, die in der Regel gegenüber dem
Gegenkolben 7 mit der Hochdruck führenden Arbeitsleitung verbunden
ist. Zusätzlich
zu der Druckkraft des Drucks in der Stelldruckkammer 27 auf
die druckwirksame Fläche 29 des
Gegenkolbens 7 wirkt auf den Gegenkolben 7 in
die gleiche Richtung eine Federkraft einer zwischen einer Gegenkolbenhalterung 47 und
der Gegenkolbenbuchse 9 gespannte Feder 10.
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Auf
der bezüglich
der Schwenkachse 21 anderen Seite der Schrägscheibe 4 ist
der Stellkolben 8 über
ein weiteres Kugelgelenk 17 mit der Schrägscheibe 4 kraftschlüssig verbunden.
Der Stellkolben 8 ist als einseitig geschlossener Hohlzylinder
ausgeführt,
der ein Basisteil 32 dichtend umfasst und auf diesem in
Längsrichtung bewegbar
gelagert ist. Das Basisteil 32 ist selbst hohl und verbindet
eine Stelldruckkammer 31 mit einer Stelldruckleitung, die
am Anschluss A angeschlossen ist. Der Stelldruck wird normalerweise
mittels eines durch einen Proportionalmagneten betätigten Regelventils
eingestellt. Der Stelldruck wirkt also auf eine innere Stirnfläche 30 des
Stellkolbens 8 und erzeugt eine Druckkraft auf den Stellkolben 8.
In 1 befindet sich der Stellkolben 8 am
Anschlag auf dem Basisteil 32 und der Schrägscheibenwinkel
des maximalen Hubvolumens ist zu sehen. Dies ist zugleich die Grundstellung
der Schrägscheibe 4,
wenn der Stelldruck ausfällt
oder allgemein die Axialkolbenpumpe 1 außer Betrieb
ist, da die Federkraft der Feder 10 die Schrägscheibe 4 auf
der Seite des Gegenkolbens 7 bis zum Anschlag des Stellkolbens 8 verstellt.
Wird der Stelldruck nun so weit erhöht, dass die Druckkraft auf
den Stellkolben 8 größer ist
als die Druckkraft und die Federkraft auf den im Durchmesser kleineren
Gegenkolben 7, verschiebt sich der Stellkolben 8 und
die Schrägscheibe 4 wird
hin zu einem kleineren Winkel, d. h. kleinerem Pumpvolumen, verstellt
bis ein neues Kräftegleichgewicht
die Schrägscheibe 4 in
dem einzustellenden Winkel hält.
Wie es in 1 zu sehen ist, handelt es sich
hierbei um eine einseitig verstellbare Axialkolbenpumpe 1,
da sich die Schrägscheibe 4 bei einem
Anschlag der Gegenkolbenhalterung 47 an der Gegenkolbenbuchse 9 in
der Neutralposition bzw. einem Winkel 0° befindet. Dies ist allerdings nicht
beschränkend
für die
Erfindung. Die Erfindung kann auch auf in zwei Richtungen verstellbare
Axialkolbenpumpen bzw. -motoren übertragen
werden.
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Ist
die Axialkolbenpumpe 1 im Pumpbetrieb, d. h. ist der Schrägscheibenwinkel
verschieden von 0° und
wird die Triebwelle 5 angetrieben, erzeugt die Summe der
an der Schrägscheibe 4 angreifenden Drehmomente
der Axialkolben 12 auf jeder Seite der Schrägscheibe 4 ein
variables Stellmoment Mw. Dafür gibt es
mehrere Gründe.
Zum Einen wirken auf die Axialkolben 12 unterschiedliche
Kräfte,
je nachdem ob sie mit der Hochdrucksteueröffnung 16, mit der Niederdrucksteueröffnung 15 oder
dem Übergangsbereich
zwischen den beiden Steueröffnungen 15 und 16 verbunden
sind. Zum Zweiten ändert
sich das Drehmoment, das ein jeder Axialkolben 12 auf die Schrägscheibe 4 auswirkt,
kontinuierlich, da sich der Abstand des Wirkungspunktes 22 der
Kraft des Axialkolbens 12 von der Drehachse 21 der
Schrägscheibe 4 bei
einer Drehung der Zylindertrommel 11 kontinuierlich ändert. Anders
ausgedrückt, ändert sich
der Hebelarm eines jeden Axialkolbens 12 unter Drehung
der Zylindertrommel 11 kontinuierlich. Zum Dritten bewirkt
die ungerade Anzahl an Axialkolben 12, dass sich auf einer
Seite der Schrägscheibe 4 ein Axialkolben 12 mehr
als auf der anderen befindet. All dies bewirkt ein variables Wiegemoment
Mw der Schrägscheibe 4 bzw. ein
Vibrieren der Schrägscheibe 4 um
ihren eingestellten Schwenkwinkel.
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Die
Vibrationen der Schrägscheibe 4 verursachen
nun ebenfalls eine periodische Bewegung des Gegenkolbens 7 und
des Stellkolbens 8, die wiederum auf das Druckmittel in
den Stelldruckkammern 31 übertragen werden. Wie bereits
in der Einleitung erläutert,
sind die hohen Stelldruckpulsationen für die hohe Lärmbelästigung
mit verantwortlich.
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Um
diese Stelldruckpulsationen zu mindern, ist die Stelldruckkammer 31 des
Stellkolbens erfindungsgemäß mit einem
sich veränderbaren
Volumen als erster Kammer 31' einer
Dämpfungsvorrichtung verbunden.
Die Dämpfungsvorrichtung
weist dabei einen federbeaufschlagten Kolben 44 auf, dessen Position
das veränderbare
Volumen 31' der
Dämpfungsvorrichtung
verändert.
Vorzugsweise befindet sich die Dämpfungsvorrichtung
in dem Basisteil 32 der Stellvorrichtung 6. Zur
besseren Beschreibung der Dämpfungsvorrichtung
ist der Teil der Stellvorrichtung 6 mit dem Stellkolben 8 und
dem Basisteil 32 in 2 vergrößert dargestellt.
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Wie
bereits beschrieben, ist das Basisteil 32 als am Innenumfang
gestufter Hohlzylinder ausgeführt,
der auf beiden Seiten offen ist. Der Hohlzylinder ist dabei mit
einer ersten Seite, die die erste Öffnung des Hohlzylinders aufweist,
in dem Gehäusedeckel 3 befestigt,
so dass die mit dem Stelldruckanschluss A verbundene Kammer 41 mit
dem Innenraum des Hohlzylinders verbunden ist. Die zweite Seite
des Basisteils 32, die die zweite Öffnung des Hohlzylinders aufweist,
ist durch den Stellkolben 8 verschlossen, der das Basisteil 32 bzw.
die Außenwand
des Hohlzylinders dichtend umfasst und auf diesem längsverschieblich
ist. Dadurch verschließt
der Stellkolben 8 die zweite Seite des Basisteils 32,
d. h. die zweite Öffnung
des Hohlzylinders, ab und bildet mit dem Basisteil 32 eine
Stelldruckkammer 31 aus, die auf der ersten Seite des Basisteils 32 mit
dem Stelldruckanschluss A verbunden ist.
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In
dem Hohlzylinder des Basisteils 32 wird nun der Kolben 44 der
Dämpfungsvorrichtung
dichtend geführt
und durch eine zwischen der ersten Seite des Hohlzylinders und dem
Kolben 44 gespannte Feder 35 vorgespannt, so dass
eine Federkraft auf den Kolben 44 in Richtung der zweiten
Seite des Basisteils 32 bzw. des Hohlzylinders wirkt. Um
die Stelldruckkammer 31 weiterhin mit dem Stelldruck zu
beaufschlagen, befindet sich eine axiale Verbindung zwischen den
beiden Kolbenenden in dem Kolben 44, welche durch eine
Längsbohrung 39 realisiert
ist.
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Sowohl
der Kolben 44 als auch der Innendurchmesser des hohlzylindrischen
Basisteils 32 sind in einem Bereich 36 auf der
ersten Seite des Basisteils 32 reduziert gegenüber dem
Bereich 37 auf der zweiten Seite des Basisteils 32.
Der Teil des Kolbens 44 mit reduziertem Durchmesser wird
in dem Bereich 36 des Basisteils 32 dichtend geführt, der ebenfalls
einen reduzierten Durchmesser aufweist. Dadurch begrenzt der Kolben 44 in
den zwei Bereichen 36 und 37 des Basisteils 32 auf
der zweiten Seite des Basisteils die mit der Stelldruckammer 31 verbundene
erste Kammer 31' mit veränderbarem
Volumen und auf der ersten Seite eine dritte Kammer 34. Zudem
begrenzt er eine zweite Kammer 33, die zwischen den beiden
anderen Druckkammern 31 und 34 liegt und durch
einen Abstand zwischen der Abstufung des Kolbendurchmessers und
der Abstufung des Innendurchmessers des Basisteils 32 gebildet wird.
Durch die Längsbohrung 39 sind
die Stelldruckkammer 31 und die dritte Kammer 34 verbunden,
so dass die Stelldruckkammer 31 über die dritte Kammer 34, über die
Kammer 41 des Stelldruckanschlusses A und die Bohrung 42 mit
dem Stelldruck beaufschlagt ist. Die Ventilzwischenplatte und das
Regelventil, die im montierten Zustand auf der Fläche 43 befestigt
sind und an der Fläche 86 anliegen,
versorgen die Bohrung 42 mit dem Stelldruck des Regelventils.
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Die
zweite Kammer 33 ist vorzugsweise in nicht dargestellter
Weise mit dem Tank bzw. dem Innenraum 46 der Axialkolbenpumpe 1 verbunden.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Bereich des Kolbens 44 mit reduziertem Durchmesser mit
Ausnahme des Kolbenendes weiter leicht reduziert, wodurch sich die
zweite Kammer 33 zusätzlich noch
soweit in den Hohlzylinderbereich 36 mit reduziertem Innendurchmesser
hinein erstreckt, wie der weiter leicht reduzierte Kolbenbereich
in den Hohlzylinderbereich 36 mit reduziertem Innendurchmesser ragt.
In diesem Bereich befinden sich zwei Bohrungen 47 durch
das Basisteil 32, die in einen kleinen Ringraum 40 münden, der
wiederum mit dem Innenraum 46 der Axialkolbenpumpe 1 verbunden
ist. Dies kann z. B. durch zumindest eine weitere Bohrung oder einem
Schlitz in dem Stellkolben 8 erfolgen, so dass der Ringraum 40 in
jeder möglichen
Stellposition des Stellkolbens 8 mit dem Innenraum 46 der
Axialkolbenpumpe 1 verbunden ist. Alternativ könnte auch
die Dichtung zwischen dem Basisteil 32 und dem Stellkolben 8 nur
jenseits des Ringraums 40 in Richtung der zweiten Seite
des Basisteils 32 realisiert sein, so dass der Ringraum 40 immer
mit dem Innenraum 46 verbunden ist.
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Der
Kolben 44 erfährt
eine Federkraft in Richtung auf die zweite Seite des Basisteils 32 zu.
Im Betrieb wirkt entgegen der Federkraft eine erste Druckkraft des
auf die Differenzfläche
aus der druckwirksamen Fläche 38 der
ersten Kammer 31' minus der
druckwirksamen Fläche 45 der
dritten Kammer 34 wirkenden Stelldrucks. Gleichsinnig mit
der Federkraft wirkt eine zweite Druckkraft des Tankdrucks auf die
Differenzfläche
der zweiten Druckkammer 33. Die zweite Druckkraft ist allerdings
gegenüber
der Federkraft vernachlässigbar.
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Durch
ein Verschieben des Kolbens 44 in Richtung auf die erste
Seite des Basisteils 32 zu, also in den Hohlzylinderbereich 36 mit
dem reduzierten Innendurchmesser hinein, wird das gemeinsame Volumen
der mit dem Stelldruck beaufschlagten Kammern 31' und 34 vergrößert, da
bei einer Verschiebung des Kolbens 44 um einen festen Weg
in dem Bereich 37 der ersten Kammer 31' die Volumenvergrößerung in
der ersten Kammer 31' größer ist
als die Volumenabnahme in dem Bereich 36 der dritten Druckkammer 34.
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Befindet
sich die Axialkolbenpumpe 1 im Pumpbetrieb und ist ein
Schrägscheibenwinkel
eingestellt, in dem weder der Stellkolben 8 noch der Gegenkolben 7 am
Anschlag anliegen, wie es in 1 dargestellt
ist, kommt es zu Schwankungen der Stellposition des Stellkolbens 8,
wie zuvor beschrieben. Dies erzeugt in der Stelldruckkammer 31,
in den damit verbundenen Kammern 31' und 34 und in den damit
verbundenen Bereichen 41 und 42 Schwankungen im
Stelldruck. Erhöht
sich zum Beispiel der Druck in den Kammern 31, 31' und 34 durch
eine Verschiebung des Stellkolbens 8 in Richtung der ersten
Seite des Basisteils 32, d. h. in Richtung des Stelldruckanschlusses
A, so erhöht
sich die erste Druckkraft auf den Kolben 44 und der Kolben 44 wird
gegen die Federkraft der Feder 35 verschoben. Dadurch vergrößert sich
das gemeinsame Volumen der ersten Kammer 31' und der dritten Druckkammer 34 und
der Stelldruck wird wieder reduziert. So können kleine Stelldruckänderungen ähnlich wie
mit dem Dämpfungsschlauch
kompensiert werden.
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Zur
Festlegung des minimalen und maximalen Volumens der Dämpfungsvorrichtung,
gibt es zwei Anschläge
für den
Kolben 44. Der Anschlag seitens des maximalen Volumens
der Dämpfungsvorrichtung
ist durch den Anschlag der radialen Stufe des Kolbens 44 an
der Abstufung der Innendurchmesser des Basisteils 32 realisiert.
Ein weiterer Anschlag seitens des minimalen Volumens ist durch das Einsetzen
einer Anschlagshülse
in den Hohlzylinderbereich 37 auf der zweiten Seite des
Basisteils 32, die fest mit dem Basisteil 32 verbunden
ist, realisiert. Damit steht die Feder 35 immer unter einer
Vorspannung und ist nie vollständig
entlastet. Dadurch reagiert der Kolben 44 erst bei einem
bestimmten Mindestdruck.
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Ein
hydraulischer Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
ist in 3 dargestellt. 3. stellt eine
Axialkolbenpumpe 50 mit einem Axialkolbenpumpenblock 51,
einer Ventilzwischenplatte 52 und einem Regelventilblock 53 dar.
Der Axialkolbenpumpenblock 51 entspricht im Wesentlichen
dem Axialkolbenpumpenblock der Axialkolbenpumpe 1 des ersten
Ausführungsbeispiels,
wie es in 1 dargestellt ist. Der einzige
Unterschied ist, dass das Basisteil 58 der Stellvorrichtung 6 keine
Dämpfungsvorrichtung
enthält
und z. B. als ein einfacher Hohlzylinder realisiert ist. Der Hohlzylinder
und der in diesem Fall in dem Basisteil 32 dichtend geführte Stellkolben 8 bilden
die Stelldruckkammer 57 aus, die auf der anderen Seite
wie in 1 über
die Kammer 41 und die Bohrung 42 mit dem Stelldruck
beaufschlagt ist.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die erfindungsgemäße Dämpfungsvorrichtung 60 in
der Ventilzwischenplatte 52 angeordnet, die auf einer Fläche des
Axialkolbenpumpblocks 51 montiert ist. Die Dämpfungsvorrichtung 60 umfasst
eine zylindrische Ausnehmung, die durch einen federbeaufschlagten
Kolben 62 in eine erste Kammer 63 und eine zweite
Kammer 80 getrennt ist. Eine Feder 61 ist zwischen
der Wand der zylindrischen Ausnehmung und dem Kolben 62 in
der zweiten Kammer 80 gespannt, so dass die Federkraft
den Kolben 62 in Richtung einer Verkleinerung der ersten
Kammer 63 beaufschlagt. Die zweite Kammer 80 ist über die
Verbindungsleitung 67 mit einer Tankverbindungsleitung 66 verbunden
und damit druckentlastet. Die erste Kammer 63 ist über die
Verbindungsleitung 64 mit einer Stelldruckverbindungsleitung 65 verbunden,
die die erste Kammer 63 im Betrieb mit dem Stelldruck beaufschlagt.
Das veränderbare
Volumen der ersten Kammer 63 der Dämpfungsvorrichtung 60 ist über die
Verbindungsleitungen 64, 65 und die Bohrung 42 mit
der Stelldruckkammer 57 verbunden. Die Stelldruck- und
die Tankverbindungsleitung 65 und 66 verbinden
jeweils die Stelldruck- und Tankdruckführenden Kammern und/oder Leitungen
des Axialkolbenpumpblocks 51 mit denen des Ventilblocks 53.
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Auf
der von dem Axialkolbenpumpblock 51 abgewandten Seite der
Ventilzwischenplatte 52 ist der Ventilblock 53 angebracht.
Der Ventilblock 53 weist ein Regel- oder Stellventil 70 auf,
welches den Stelldruck über
die weitere Verbindungsleitung 73 an die Stelldruckverbindungsleitung 65 der
Ventilzwischenplatte 52 weiterleitet. Über die Kraft des Proportionalmagneten 74 wird
festgelegt, ob die weitere Verbindungsleitung 73 mit der
Druckmittelzuflussleitung 71 oder mit der Tankleitung 72 verbunden
wird, um den Stelldruck entweder zu erhöhen oder zu mindern. Die Tankleitung 72 leitet
dabei in einer bestimmten Ventilstellung des Regelventils 70 Hydrauliköl aus der
weiteren Verbindungsleitung 73 in die Tankleitung 72.
Diese führt über die
Verbindungsleitung 66 der Ventilzwischenplatte 52 zurück in den Axialkolbenpumpenblock 51.
Der unter Tankdruck stehende Bereich des Axialkolbenpumpenblocks 51 ist über den
Anschluss L oder L1 mit einem Tankvolumen verbunden.
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Die
Druckmittelzuflussleitung 71 wird über den Anschluss Z oder Z2
an der Ventilzwischenplatte 52 über den Zuflusskanal 68 gespeist.
Normalerweise liegt Hochdruck an dem Anschluss Z an. Über die Leitung 55 wird
ebenfalls die druckwirksame Fläche 29 des
Gegenkolbens 7 mit dem Druck der an dem Anschluss Z angeschlossenen
Druckmittelzuflussleitung beaufschlagt, was hier durch eine externe
Leitung 55, z. B. einen Hydraulikschlauch, realisiert ist.
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4A zeigt
einen ersten Schnitt durch die Ventilzwischenplatte 52.
Die Bohrungen 65' und 66' realisieren
jeweils die Verbindungsleitungen 65 und 66 der
Stelldruckzufluss- und der Tankabflussleitung. Die rechtwinklig
zueinander angeordneten und ineinander mündenden Bohrungen 68' und 68'' realisieren die Verbindungsleitung 68 zwischen
dem Anschluss Z der Druckmittelzuflussleitung und dem Anschluss für die Druckmittelzuflussleitung
des Ventilblocks 53. Die beiden Anschlüsse Z1 und Z2 und deren Verbindungsleitung
zu dem Anschluss Z sind durch die Bohrung 69' quer zu der Bohrung 68' und die Bohrung 68' schneidend
realisiert. Ebenso sind die Anschlüsse A1 und A2 des Stelldrucks
durch die Bohrung 64' quer
zu der Bohrung 65' und
diese mittig durchbohrt realisiert.
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In 4B sieht
man den zu dem Schnitt C-C aus 4A rechtwinkligen
Schnitt B-B. Eine Sackbohrung als Ausnehmung 82 wird mittig
durch eine Bohrung 64'' mit einem geringerem
Durchmesser bis zur Bohrung 64' verlängert. In die Ausnehmung 82 ist ein
gleitend gedichtet in der Ausnehmung 82 geführter Kolben 62 und
eine darauf aufgesetzte Feder 61 angeordnet und durch eine
Verschlussvorrichtung, z. B. eine Verschlussschraube 81,
dichtend abgeschlossen. Die Feder 61 ist zwischen der Verschlussschraube 81 und
dem Kolben 62 eingespannt, so dass der Kolben 62 in
Richtung minimalen Kammervolumens drückt. Die verschlossene Ausnehmung 82 zusammen
mit dem federbeaufschlagten Kolben 62 bildet die Dämpfungsvorrichtung 60.
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In 4A sieht
man die Bohrung 67'', die rechtwinklig
in die Bohrung 66' mündet und
eine Bohrung 67' durchstößt, die
rechtwinkelig und mittig durch die Bohrung 67'' verläuft und in die Ausnehmung 82 im
Bereich der zweiten Kammer 80 mündet. Im montierten Zustand
sind die Flächen 84 und 85 in Anlage
an Flächen
des Axialkolbenblocks 51 und verschließen so die Bohrungen 67' und 67'' . Durch die Bohrungen 67' und 67'' wird die zweite Druckkammer 80 der
Dämpfungsvorrichtung 60 mit
der Tankzuflussleitung 66 bzw. der Bohrung 66' verbunden.
Auf der Fläche 83 wird
der Ventilblock 53 montiert.
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Im
montierten und betriebenen Zustand herrscht in der Bohrung 65' bzw. der Verbindungsleitung 65 der
Stelldruck. Über
die Bohrung 64' bzw.
die Verbindungsleitung 64 ist die Kammer 63 der
Dämpfungsvorrichtung 60 mit
dem Stelldruck beaufschlagt. Gleichzeitig ist die zweite Kammer 80 über die
Bohrungen 67' und 67'' bzw. die Verbindungsleitung 67 druckentlastet
und der federbeaufschlagte Kolben 62 wird von der Feder 61 gegen
das Hydrauliköl
der ersten Druckkammer 63 gedrückt. Kommt es zu einer Stelldruckschwankung,
erniedrigt sich z. B. der Stelldruck, so reduziert sich die Druckkraft
in der ersten Druckkammer 63 auf den Kolben 62 und
aufgrund des Kräfteungleichgewichts
verschiebt die Feder 61 den Kolben 62 in Richtung
der ersten Druckkammer 63. Dadurch reduziert sich das Volumen
der ersten Druckkammer 63 und damit auch das Gesamtvolumen
des Stelldruck führenden
Systems. Dadurch erhöht
sich der Stelldruck wieder und die Stelldruckschwankung wird abgedämpft.
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Die
in Bezug auf das zweite Ausführungsbeispiel
beschriebene Ventilzwischenplatte 52 und der Ventilblock 53 werden
entsprechend auch für
die Axialkolbenmaschine 1 verwendet. Die Ventilzwischenplatte 52 weist
bei einer Anwendung an der Axialkolbenmaschine 1 keine Dämpfungsvorrichtung 60 und keine
damit verbundenen Verbindungsleitungen 64 und 67 auf,
da die Dämpfungsvorrichtung
innerhalb der Stellvorrichtung 6 angebracht ist.
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Es
sei angemerkt, dass Gewichts- und Reibungskräfte, sofern nicht explizit
erwähnt,
im Zusammenhang mit dieser Erfindung vernachlässigbar sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Die Dämpfungsvorrichtung
mit dem durch den federbeaufschlagten Kolben veränderbaren Volumen, muss nur eine
Verbindung zwischen dem veränderbaren
Volumen und der Stelldruckkammer zeigen. Wo diese Dämpfungsvorrichtung
angebracht ist, kann je nach Anwendungsbereich vorteilhaft variiert
werden. Weiterhin können
die einzelnen Merkmale der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine in
vorteilhafter Weise kombiniert werden.