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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine, die ein Gehäuseteil aufweist, welches in einer Nut eine Steuerplatte aufnimmt.
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Bei Axialkolbenmaschinen, wie beispielsweise Hydraulikpumpen oder Hydraulikmotoren, wird eine zeitrichtige Verbindung zwischen in einer Zylindertrommel angeordneten Zylinderbohrungen und den Hydraulikleitungen, mit denen die Axialkolbenmaschine an einen hydraulischen Kreislauf angeschlossen ist, mittels einer Steuerplatte, auch Verteilerplatte genannt, bewirkt. Diese sitzt zwischen der drehbar in einem Gehäuse gelagerten Zylindertrommel und demjenigen Gehäuseteil, an welchem die Hydraulikleitungen angeschlossen sind. Dabei erfährt die Steuerplatte eine erhebliche Krafteinwirkung, da auf der Hochdruckseite die Kräfte des Hochdrucks wirken. Diese Kräfte können zu einer Verformung der Steuerplatte führen, sodass diese nicht mehr plan an der sich drehenden Zylindertrommel anliegt. Eine erhöhte Leckage in diesem Bereich und damit ein Wirkungsgradverlust sind die Folge.
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Vielfach wird deswegen im Falle von auf einem Gehäusebauteil, welches die Anschlüsse für die Hydraulikleitungen aufweist, aufliegender Steuerplatte die Steueröffnung für die Hochdruckseite mit Stegen versehen, um eine verbesserte Formstablilität gewährleisten zu können. Dies hat jedoch zur Folge, dass der Strömungsquerschnitt reduziert ist und damit erneut Wirkungsgradverluste auftreten.
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Andererseits ist es aus der
US 2,242,701 bereits bekannt, eine Dichtvorrichtung in eine das Gehäuseteil bildende Anschlussplatte teilweise zu integrieren. Konkret wird dort eine Nut vorgesehen, in die ein dichtendes Element eingelegt ist. Die Steuerzeiten werden dabei durch die Anschlussplatte selbst vorgegeben, in der nierenförmige Steueröffnungen ausgebildet sind. Im Bereich dieser nierenförmigen Steueröffnungen sind Taschen vorgesehen, in die eine speziell ausgearbeitete Kontur des Dichtelements eingreift. Diese Kontur ermöglicht es, dass aufgrund des hydraulischen Drucks das verschiebbar angeordnete Dichtelement an dem Taschenrand dichtend anliegt und gleichzeitig gegen die Zylindertrommel zum Abdichten gedrückt wird.
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Nachteilig an dem beschriebenen System ist es, dass gezielt eine Verformung dieses Dichtelements eingesetzt wird, um die Abdichtung zwischen der Anschlussplatte und der Zylindertrommel zu verbessern. Dies führt zwangsläufig zu einem erhöhten Verschleiß im Dauerbetrieb.
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Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, bei der einerseits die Verformung der Steuerplatte verhindert oder zumindest verringert wird und andererseits keine aussteifenden Maßnahmen an der Steuerplatte selbst erforderlich sind, um den Wirkungsgrad der Maschine nicht negativ zu beeinflussen.
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Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine weist ein Gehäuseteil, z. B. die Anschlussplatte, auf, in dem wenigstens ein Anschluss für eine Hydraulikleitung vorgesehen ist. Dieses Gehäuseteil ist Teil eines Gehäuses, welches eine Zylindertrommel aufnimmt. Die Zylindertrommel weist Zylinderbohrungen auf, welche zu dem Gehäuseteil hin offen sind. Zwischen der Zylindertrommel und dem Gehäuseteil ist eine Steuerplatte angeordnet, die dichtend mit der Zylindertrommelstirnseite zusammenwirkt. In der Steuerplatte ist wenigstens eine Steueröffnung angeordnet. Die Steuerplatte ist in einer in dem Gehäuseteil ausgebildeten Nut angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Steuerplatte so in die Nut eingebracht, dass sie diese ausfüllt und kraftschlüssig in ihr gehalten wird. Durch diese teilweise integrierte Bauweise verwendet die Steuerplatte keine an ihr selbst ausgebildeten konstruktiven Maßnahmen wie beispielsweise Stege oder radiale Erweiterungen, sondern überträgt die hydraulischen Kräfte, die sie aufnehmen muss, auf das Gehäuseteil. Das Gehäuseteil seinerseits ist ein massives Bauteil, welches den auftretenden Druckkräften leicht standhalten kann. Damit stützt sich die Steuerplatte an dem Gehäuseteil ab und eine Verformung wird vermieden. Die Oberfläche, die in permanenter Anlage mit der Zylindertrommel steht, dichtet daher an der Zylindertrommel besonders gut ab, unabhängig von den auftretenden Drücken. Gleichzeitig wird eine Bewegung der Steuerplatte relativ zu dem Gehäuseteil vermieden, sodass auch bei fortgesetztem Betrieb eine Verschlechterung der Dichtwirkung nicht auftritt und eine Verformung unter Druckeinwirkung ebenfalls vermieden wird. Da die beschriebene Teilintegration der Steuerplatte in das Gehäuseteil die Formstabilität der Steuerplatte sicherstellt, kann auf Stege im Bereich innerhalb der Steueröffnungen vollständig verzichtet werden. Es steht daher der gesamte Querschnitt der Steueröffnung zur Verfügung und ein Wirkungsgradverlust wird vermieden.
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Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, die Steuerplatte als flachen Ring auszuführen. Bei diesem flachen Ring sind die in axialer Richtung orientierten Oberflächen zueinander parallel. Insbesondere ist die Dicke der Steuerplatte über ihren ganzen Umfang gleichmäßig. Eine solche flache Scheibe ist besonders einfach herzustellen und reduziert somit auch die Kosten der gesamten Axialkolbenmaschine. Überdies führt dies gleichzeitig dazu, dass die Nut, die in das Gehäuseteil einzubringen ist, eine konstante Tiefe hat und somit ebenfalls einfacher herzustellen ist.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, die Steuerplatte im Querschnitt trapezförmig zu gestalten, somit weist wenigstens eine in radialer Richtung weisende innere Umfangswand oder äußere Umfangswand der Steuerplatte die Geometrie einer Kegelmantelfläche auf. Insbesondere dann, wenn die Steuerplatte ein im Querschnitt nicht rechtwinkliges Trapez ist, die innere und äußere Umfangswände also jeweils einer Kegelmantelfläche entsprechen, kann die Steuerplatte besonders einfach in eine entsprechend ausgebildete Nut des Gehäuseteils eingefügt werden. Die Kegelmantelflächen sind dabei so orientiert, dass sich die Nut zur offenen Seite hin verbreitert. Insbesondere dann, wenn die Steuerplatte in die Nut des Gehäuseteils eingepresst ist, ergibt sich somit ein einem geklemmten Konussitz vergleichbarer Kraftschluss zwischen Steuerplatte und Gehäuseteil.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die axiale Erstreckung (Dicke) der Steuerplatte größer ist als die Tiefe der Nut des Gehäuseteils. Da die Steuerplatte 8 die Nut 14 vollständig ausfüllt, können somit auch axiale Kräfte, die durch die Zylindertrommel 4 auf die Steuerplatte 8 ausgeübt werden, durch die Anschlussplatte abgestützt werden. Die Zylindertrommel liegt dann dichtend an der aus dem Gehäuseteil herausragenden Oberfläche der Steuerplatte an. Durch den Überstand der Steuerplatte vereinfacht sich die Bearbeitung der Stirnfläche der Zylindertrommel, welche nur im Bereich der Anlage der Steuerplatte bearbeitet werden muss. Da aufgrund der ringförmigen Gestaltung der Steuerplatte der zu bearbeitende Bereich der Zylindertrommel relativ schmal ist, reduzieren sich auch hier die Fertigungskosten.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Steuerplatte in die Nut des Gehäuseteils eingepresst ist. Eine solche Pressverbindung zwischen der Steuerplatte und dem Gehäuseteil ist einfach herzustellen und sichert die mechanische Abstützung der Steuerplatte durch das Gehäuseteil.
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Alternativ kann die Steuerplatte auch in die Nut eingeklebt werden. Das Kleben der Steuerplatte in die Nut hat den Vorteil, dass am Grund der Nut eine relativ große Fläche zum Erzeugen der kraftschlüssigen Verbindung zur Verfügung steht. Die Steuerplatte stützt sich damit nicht nur im Bereich der inneren Umfangswand und der äußeren Umfangswand ab, sondern überträgt auch Kraft in radialer Richtung, die über die gesamte in Kontakt mit dem Grund der Nut stehenden Fläche übertagen wird.
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Vorzugsweise weist die Steuerplatte genau zwei nierenförmige Steueröffnungen auf, wobei eine der beiden Steueröffnungen mit dem Hochdruckanschluss und die andere Steueröffnung mit dem Niederdruckanschluss des Gehäuseteils verbunden ist. Für jede Strömungsrichtung wird daher genau eine Steueröffnung, die nierenförmig ausgestaltet ist, vorgesehen. Durch diese einzelne große Steueröffnung ist eine nachteilige Beeinflussung durch Versteifungselemente im Bereich der Steueröffnung vermieden.
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Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Detail erläutert. Es zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch eine Axialkolbenmaschine mit der in eine Anschlussplatte als Gehäuseteil eingesetzten Steuerplatte;
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2 eine Draufsicht auf die Anschlussplatte der 1 mit der darin eingesetzten Steuerplatte; und
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3 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts III der 1 zur Verdeutlichung von Details.
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In der 1 ist ein teilweiser Schnitt durch einen Teil einer Axialkolbenmaschine 1 dargestellt. Die Axialkolbenmaschine 1 weist ein Gehäuse auf, welches aus einem ersten Gehäuseteil 2 und einer Anschlussplatte 3 als zweitem Gehäuseteil besteht. In dem so gebildeten Gehäuse ist eine Zylindertrommel 4 drehbar angeordnet. Die Zylindertrommel 4 ist drehfest mit einer nicht dargestellten Welle verbunden die in einem Lager 11 in der Anschlussplatte 3 gelagert ist. In der Zylindertrommel 4 sind entlang eines Umfangkreises verteilt angeordnet mehrere Zylinderbohrungen 5. Die Zylinderbohrungen sind zu der der Anschlussplatte 3 zugewandten Stirnseite der Zylindertrommel 4 hin offen. Bei einer Drehung der Zylindertrommel 4 werden diese Öffnungen abwechselnd mit einem ersten Hydraulikanschluss 6 und einem zweiten Hydraulikanschluss 7 verbunden. Zur zeitrichtigen Verbindung der Öffnungen mit den Hydraulikanschlüssen 6, 7 ist eine Steuerplatte 8 vorgesehen. Die genaue Anordnung der Steuerplatte 8 in einer Nut der Anschlussplatte 3 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 noch im Detail erläutert.
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Eine Ansicht von Seiten der Zylindertrommel 4 her ist in der 2 gezeigt. Die Anschlussplatte 3 weist eine ringförmige Nut auf, in die die Steuerplatte 8 eingesetzt ist. Die Steuerplatte 8 weist eine erste nierenförmige Steueröffnung 9 und eine zweite nierenförmige Steueröffnung 10 auf. Die beiden Steueröffnungen 9, 10 sind jeweils ohne Ausbildung von sie aussteifenden Stegen ausgebildet. Die radiale Erstreckung B der Steuerplatte 8 ist so bemessen, dass zwischen der Nut zur Aufnahme der Steuerplatte 8 und einer Ausnehmung zur Aufnahme des Lagers 11 noch ein umlaufender Steg verbleibt, der Teil der Anschlussplatte 3 ist. Dieser Steg sowie der die Steuerplatte 8 außen umgebende Bereich der Anschlussplatte 3 stützen die Steuerplatte 8 in radialer Richtung ab und verhindern damit eine Verformung im Bereich der Steueröffnungen 9, 10.
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Um die Steuerplatte 8 aus der Anschlussplatte 3 wieder zu entfernen, kann es vorteilhaft sein, angrenzend an die Nut zur Aufnahme der Steuerplatte 8 wenigstens eine oder vorzugsweise, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel gezeigt, zwei Ausnehmungen 12, 13 vorzusehen. Im Bereich dieser Ausnehmungen 12, 13, die mit der Nut verbunden sind, kann dann ein Werkzeug angesetzt werden, um die Steuerplatte 8 aus der Nut herauszunehmen.
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Die Steuerplatte 8 ist entweder in die Nut eingepresst, eingeklebt oder über einen Passsitz eingelegt. In beiden Fällen wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Steuerplatte 8 und der Anschlussplatte 3 hergestellt. Diese kraftschlüssige Verbindung ist nicht nur dazu geeignet, eine besonders gute Übertragung der Kräfte zwischen der Steuerplatte 8 und dem Anschlusselement 3 zu gewährleisten, welche durch den hydraulischen Druck entstehen. Ferner ist auch sichergestellt, dass eine Verdrehung der Steuerplatte im Betrieb nicht auftritt. Dies spart wiederum die Anbringung formschlüssiger Elemente, wie beispielsweise einem Passstift bei auf die Anschlussplatte 3 aufgesetzter Steuerplatte 8, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Steuerplatte 8 liegt also mit der zweiten Oberfläche 15'' und mit der inneren Umfangswand und der äußeren Umfangswand an den korrespondierenden Wände der Nut 14 an. Verbleibende Hohlräume hinter der Steuerplatte 8 entstehen somit nicht. Bei eingelegtem Design kann auch eine Entlastung der Steuerplatte notwendig werden. Insbesondere bei einer Klebeverbindung zwischen Steuerplatte 8 und Anschlussplatte 3 hat dies den Vorteil, dass eine vollflächige Verklebung der Steuerplatte 8 in der Nut 14 möglich ist.
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Die 3 zeigt nunmehr detailliert ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel. In die Anschlussplatte 3 ist eine Nut 14 eingebracht. Die Nut 14 weist die Geometrie eines nicht rechtwinkligen Trapezes auf. Der Öffnungswinkel der beiden so entstehenden Kegelmantelflächen der äußeren Umfangswand 14'' und der inneren Umfangswand 14' sind vorzugsweise gleich groß.
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Darin eingesetzt ist die Steuerplatte 8, welche als flacher Ring ausgeführt ist. Die Geometrie der Steuerplatte 8 im Querschnitt, wie er der 3 zu entnehmen ist, korrespondiert dabei im Wesentlichen mit der Geometrie der Nut 14. Die Steuerplatte 8 ist also als nicht rechtwinkliges Trapez im Querschnitt ausgeführt. Ihre beiden in axialer Richtung orientierten Oberflächen 15', 15'' sind parallel zueinander orientiert. Die Dicke d der Steuerplatte 8 ist dabei so bemessen, dass sie geringfügig größer ist als die Tiefe t der Nut 14. Damit wird gewährleistet, dass die erste Oberfläche 15', die in dichtender Anlage mit der Zylindertrommel 4 steht, in jedem Fall aus der Nut 14 der Anschlussplatte 3 heraussteht.
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Bei der Ausführung mit einem Passsitz ist sowohl der Querschnitt der Nut 14 als auch der Querschnitt der Steuerplatte 8 rechtwinklig. Bei der Verwendung von parallelen inneren und äußeren Umfangswänden der Nut 14 hat sich herausgestellt, dass eine ausreichende mechanische Belastbarkeit gegeben ist, auch wenn die Steuerplatte 8 mit einem geringfügigen Spalt in radialer Richtung in die Nut 14 eingesetzt ist. Dies hat fertigungstechnische Vorteile, da Toleranzen der zu fertigenden Bauteile so leichter Berücksichtigung finden können.
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In der 3 ist es ferner gut zu erkennen, dass zwischen der inneren Umfangswand 14' der Nut 14 und der Ausnehmung, in die das Lager 11 eingesetzt ist, ein umlaufender Steg verbleibt, der geeignet ist, die auftretenden Kräfte der Steuerplatte 8 aufzunehmen.
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Wie es auch aus der Zeichnung ersichtlich ist, sind die beiden parallelen Oberflächen 15', 15'' jeweils plan, ohne Stufen oder anderweitige Ausformungen ausgebildet. Die Verdrehsicherung der Steuerplatte 8 in der Anschlussplatte 3 wird damit ausschließlich durch die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Steuerplatte 8 und der Anschlussplatte 3 bewirkt. Diese kann, wie weiter oben bereits erläutert wurde, auf Basis von Klebekräften oder auf Basis der Pressverbindung erfolgen. Unter einer Pressverbindung wird dabei eine Verbindung verstanden, die entsteht, wenn ein Bauteil hinsichtlich seiner Breitenerstreckung größer ist als die Breite der aufnehmenden Nut an korrespondierender Stelle.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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