DE102009006909A1 - Axialkolbenmaschine mit reduzierter Stelldruckpulsation - Google Patents

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Abstract

Eine Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise weist eine Stellvorrichtung 6 mit einer mit einem Stelldruck beaufschlagten Stelldruckkammer 31 zur Einstellung eines Stellwinkels der Schrägscheibe 4 auf. Die Stelldruckkammer 31 ist mit einem durch einen federbeaufschlagten Kolben veränderbaren Volumen einer Dämpfungsvorrichtung verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einer Dämpfungsvorrichtung zur Reduzierung von Pulsationen des Stelldrucks in der Stelldruckkammer.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beseitigen.
  • 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.
  • 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.
  • Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
  • 2 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Stellvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels aus 1;
  • 3 einen hydraulischen Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
  • 4A eine erste Schnittdarstellung der Ventilzwischenplatte des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine; und
  • 4B eine zweite Schnittdarstellung der Ventilzwischenplatte des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine;
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Es sei angemerkt, dass Gewichts- und Reibungskräfte, sofern nicht explizit erwähnt, im Zusammenhang mit dieser Erfindung vernachlässigbar sind.
  • 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.

Claims (15)

  1. Axialkolbenmaschine aufweisend eine Stellvorrichtung (6) mit einer mit einem Stelldruck beaufschlagten Stelldruckkammer (31, 57) zur Einstellung eines Hubvolumens der Axialkolbenmaschine, wobei die Stelldruckkammer (31, 57) mit einem veränderbaren Volumen einer Dämpfungsvorrichtung (60) verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das veränderbare Volumen der Dämpfungsvorrichtung (60) durch einen federbeaufschlagten Kolben (44, 62) begrenzt ist.
  2. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (60) eine Ausnehmung (82, 37) aufweist, die durch den federbeaufschlagten Kolben (44, 62) in eine erste Kammer (31, 63) und eine zweite Kammer (33, 80) getrennt ist, wobei die erste Kammer (31, 63) als veränderbares Volumen mit der Stelldruckkammer (31, 57) verbunden ist.
  3. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (60) eine Ausnehmung (82, 37) aufweist, die durch den federbeaufschlagten Kolben (44, 62) in eine erste Kammer (31, 63) und eine zweite Kammer (80, 33) getrennt ist, wobei die zweite Kammer (80, 33) mit dem Tank verbunden ist.
  4. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung in der Stellvorrichtung (6) angeordnet ist.
  5. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung (6) ein mit der Axialkolbenmaschine (1) fest verbundenes Basisteil (32) und einen Stellkolben (8) aufweist und der Stellkolben (8) auf dem Basisteil (32) gedichtet bewegbar ist und die Dämpfungsvorrichtung in dem Basisteil (32) angeordnet ist.
  6. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (32) ein am Innenumfang gestuft ausgeführter Hohlzylinder mit einem in dem Hohlzylinder dichtend geführten federbeaufschlagten Kolben (44) ist.
  7. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (32), der Stellkolben (8) und der federbeaufschlagte Kolben (44) eine erste Kammer (31) und eine Stelldruckkammer ausbilden, in der der Stelldruck (A) anliegt.
  8. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder des Basisteils (32) an seinem von der ersten Kammer (31) abgewandten Ende einen reduzierten inneren Radius aufweist, in dem der federbeaufschlagte Kolben (44) mit einem Kolbenbereich mit reduzierten äußeren Radius dichtend geführt ist und eine dritte Kammer (34) ausbildet, die mit dem Stelldruck beaufschlagt ist.
  9. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (34) über einen Längskanal (39) in dem federbeaufschlagten Kolben (44) mit der ersten Kammer (31) verbunden ist.
  10. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (34) eine zwischen dem Kolben (44) und dem Hohlzylinderende gespannte Feder (35) aufnimmt.
  11. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (32) und der federbeaufschlagte Kolben (44) eine zweite Kammer (33) ausbilden, wobei an einer druckbeaufschlagten Differenzfläche des federbeaufschlagten Kolbens (44) in der zweiten Kammer (33) eine gleichsinnig mit der Federkraft wirkende hydrostatische Kraft erzeugt wird.
  12. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (33) mit einem Tankvolumen verbunden ist.
  13. Axialkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsvorrichtung (60) in einer Ventilzwischenplatte (52), die zwischen einem Gehäuse (2, 3) der Axialkolbenmaschine (50) und einem Stellventil (70) angebracht ist, angeordnet ist.
  14. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Ausnehmung (82) eine mit einer Verschlussvorrichtung (81) geschlossene Sackbohrung ist, die über eine Stelldruckleitung 73 mit der Stelldruckkammer verbunden ist.
  15. Axialkolbenmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Verschlussvorrichtung (81) und dem federbeaufschlagten Kolben (62) eine Feder (61) gespannt ist.
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