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Die Erfindung betrifft eine Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bekannte Bauarten einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine sind die Schrägachsenmaschine und die Schrägscheibenmaschine. Derartige Axialkolbenmaschinen können mit weitgehend identischem Aufbau jeweils als Hydrostatpumpe oder als Hydrostatmotor eingesetzt werden. Bei einer Schrägachsenmaschine ist ein Triebflansch starr mit der zugeordneten Triebwelle verbunden. An dem Triebflansch sind umfangsseitig gleichverteilt die Kolbenstangen mehrerer Verdrängerkolben gelenkig gelagert. Die Verdrängerkolben sind jeweils in einer von mehreren entsprechend umfangsseitig verteilt in einem Zylinderblock angeordneten axialen Zylinderbohrungen angeordnet. Der Zylinderblock steht, z. B. über eine zentrale Kardanwelle, in Triebverbindung mit der Triebwelle und ist drehbar um seine Drehachse in einem Joch gelagert, durch dessen Verschwenkung um eine senkrecht zu der Mittelachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse das Verdrängungsvolumen der Schrägachsenmaschine veränderbar bzw. einstellbar ist. Der Schwenkwinkelbereich einer Schrägachsenmaschine liegt bei einseitiger Verstellung bei 45° +/– 5° und bei doppelseitiger Verstellung, d. h. mit Drehrichtungsumkehr, bei +/– 45° +/– 5°.
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Bei einer Schrägscheibenmaschine ist ein Zylinderblock mit mehreren umfangsseitig verteilt angeordneten axialen Zylinderbohrungen starr mit der zugeordneten Triebwelle verbunden. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Verdrängerkolben angeordnet, dessen Kolbenstange über einen Gleitschuh mit einer axial benachbarten Schrägscheibe in Gleitkontakt steht. Die Schrägscheibe ist starr oder einstückig mit einem Joch verbunden, durch dessen Verschwenkung um eine senkrecht zu der Drehachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse das Verdrängungsvolumen der Schrägscheibenmaschine veränderbar bzw. einstellbar ist. Der Schwenkwinkelbereich einer Schrägscheibenmaschine liegt bei einseitiger Verstellung bei 20° +/– 5° und bei doppelseitiger Verstellung, d. h. mit Drehrichtungsumkehr, bei +/–20° +/– 5°.
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In der
US 3 958 496 A bzw.
DE 2 419 495 A1 ist ein Hydrostatmodul beschrieben, das eine einzige als Schrägachsenmaschine ausgebildete Axialkolbenmaschine umfasst. Der Zylinderblock dieser Schrägachsenmaschine ist in der vorgenannten Weise um seine Mittelachse drehbar in einem Joch gelagert. Zur Verstellung des Verdrängungsvolumens der Schrägachsenmaschine ist das Joch mit zwei äußeren Lagerzapfen um eine senkrecht zu der Drehachse der Triebwelle verlaufende Schwenkachse schwenkbar in einem Gehäuse gelagert. Die zugeordnete Stellvorrichtung umfasst zwei einfachwirksame Stellzylinder mit jeweils einem Kolben, deren Kolbenstangen bezüglich der Schwenkachse des Jochs an einem der Lagerzapfen radial beabstandet und einander gegenüberliegend angelenkt sind.
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Aus der
DE 10 2006 025 347 B3 ist ein Hydrostatmodul bekannt, das zwei als Schrägachsenmaschinen oder als Schrägscheibenmaschinen ausgebildete Axialkolbenmaschinen mit parallel angeordneten Triebwellen umfasst. Im Fall der Ausbildung als Schrägachsenmaschinen sind die beiden Zylinderblöcke um ihre jeweilige Mittelachse drehbar in einem gemeinsamen Joch gelagert, wobei die Zylinderblöcke bezüglich der Schwenkachse des Jochs um den einfachen Schwenkwinkelbereich von etwa 45° versetzt angeordnet sind. Im Fall der Ausbildung als Schrägscheibenmaschinen sind die beiden Schrägscheiben starr oder einstückig mit einem gemeinsamen Joch verbunden, wobei die Schrägscheiben bezüglich der Schwenkachse des Jochs um den einfachen Schwenkwinkelbereich von etwa 20° versetzt angeordnet sind. Durch die dadurch gegebene Verbundsteuerung wird bei einer Verschwenkung des Jochs das Verdrängungsvolumen der ersten, als Hydrostatpumpe wirksamen Axialkolbenmaschine erhöht, und das Verdrängungsvolumen der zweiten, als Hydrostatmotor wirksamen Axialkolbenmaschine in gleichem Umfang reduziert. Dieses bekannte Hydrostatmodul bildet somit ein stufenloses Hydrostatgetriebe mit großem Übersetzungsbereich, das entweder als alleiniges Fahrgetriebe oder als hydrostatischer Zweig eines leistungsverzweigten Fahrgetriebes bevorzugt in einem Ackerschlepper oder in einer Baumaschine eingesetzt wird. Die zugeordnete Stellvorrichtung umfasst in diesem Fall einen doppeltwirksamen Stellzylinder mit einem Kolben und einen doppeltwirksamen Vorbelastungszylinder mit einem Kolben, deren Kolbenstangen bezüglich der Schwenkachse des Jochs an einem der Lagerzapfen des Jochs radial beabstandet und einander gegenüberliegend angelenkt sind.
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Da bei den vorgenannten Stellvorrichtungen aufgrund ungünstiger Hebelverhältnisse bei der Anlenkung der Kolbenstangen eine genaue Einstellung und Einregelung eines bestimmten Verdrängungsvolumens der betreffenden Axialkolbenmaschine(n) nur mit erhöhtem apparativen Aufwand, wie z. B. mit einem an einem der Lagerzapfen des Jochs angeordneten Drehpotentiometer, möglich ist, bestand Bedarf an einer Stellvorrichtung mit diesbezüglich günstigerem geometrischen Aufbau.
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Dies hat zu einer in der
DE 10 2008 002 140 A1 beschriebenen Stellvorrichtung geführt, die einen radial beabstandet und tangential zu der Schwenkachse des Jochs angeordneten Stellzylinder mit einem Stellkolben, einen weitgehend radial zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichteten, starr mit dem Joch verbundenen Schwenkhebel, und eine Koppelvorrichtung zur gelenkigen und einen Längenausgleich des Schwenkhebels ermöglichenden Verbindung des Schwenkhebels mit dem Stellkolben umfasst.
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Die betreffende Koppelvorrichtung besteht aus einer senkrecht zu der Mittelachse des Stellkolbens und zu der Schwenkachse des Jochs in dem Stellkolben angeordneten Radialbohrung und aus einem in der Radialbohrung gleit- und schwenkbeweglich gelagerten Kugelkopf, der starr oder einstückig am freien Ende des Schwenkhebels befestigt ist. Diese Koppelvorrichtung ermöglicht eine bei einer Axialbewegung des Stellkolbens auftretende Verschwenkung des Schwenkhebels gegenüber der Mittelachse des Stellkolbens und einen Ausgleich der dabei auftretenden Änderung des kinematischen Abstands zwischen der Schwenkachse des Jochs und des Schnittpunktes der Mittelachse der Radialbohrung mit der Mittelachse des Stellkolbens, d. h. einen Längenausgleich des Schwenkhebels.
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Zwar erscheint diese bekannte Koppelvorrichtung auf den ersten Blick relativ einfach aufgebaut zu sein. Aufgrund der relativ kleinen Kontaktfläche zwischen den Oberflächen der Radialbohrung und des Kugelkopfes tritt dort im Betrieb jedoch eine sehr hohe Flächenpressung auf. Um einen zuverlässigen Betrieb sicher zu stellen, d. h. einen vorzeitigen Verschleiß in Verbindung mit Fresserscheinungen und einem Ausschlagen der Koppelvorrichtung zu vermeiden, ist daher eine hochpräzise Herstellung, d. h. mechanische Feinbearbeitung, und eine aufwendige Oberflächenhärtung der Radialbohrung und des Kugelkopfes erforderlich. Zudem müssen die Radialbohrung und der Kugelkopf ausreichend geschmiert sowie vor eindringendem Schmutz geschützt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls der eingangs genannten Art vorzuschlagen, deren Koppelvorrichtung gegenüber der aus der
DE 10 2008 002 140 A1 bekannten Ausführung robuster aufgebaut sowie einfacher und kostengünstiger herstellbar ist.
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Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass das in der Radialbohrung gleitbeweglich gelagerte Bauteil als ein zylindrischer Gleitstein ausgebildet ist, und dass der Gleitstein um eine achsparallel zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichtete Drehachse schwenkbar an einem Endstück des Schwenkhebels gelagert ist.
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Die Erfindung geht demnach aus von einer insbesondere aus der
DE 10 2008 002 140 A1 bekannten Stellvorrichtung eines Hydrostatmoduls, das mindestens eine über die Verschwenkung eines Jochs in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbare Axialkolbenmaschine umfasst. Die Stellvorrichtung weist einen radial beabstandet und tangential zu der Schwenkachse des Jochs angeordneten Stellzylinder mit einem Stellkolben, ein weitgehend radial zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichteten, starr mit dem Joch verbundenen Schwenkhebel, und eine Koppelvorrichtung zur gelenkigen und einen Längenausgleich des Schwenkhebels ermöglichenden Verbindung des Schwenkhebels mit dem Stellkolben auf, wobei die Koppelvorrichtung eine senkrecht zu der Mittelachse des Stellkolbens und zu der Schwenkachse des Jochs in dem Stellkolben angeordnete Radialbohrung sowie ein in der Radialbohrung gleitbeweglich gelagertes Bauteil des Schwenkhebels aufweist.
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Erfindungsgemäß ist das in der Radialbohrung gleitbeweglich gelagerte Bauteil als ein zylindrischer Gleitstein ausgebildet, der um eine achsparallel zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichtete Drehachse schwenkbar an einem Endstück des Schwenkhebels gelagert ist.
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Die Funktionen der Verschwenkbarkeit und des Längenausgleichs des Schwenkhebels sind somit auf verschiedene Bauteile bzw. Oberflächen verteilt. Die Verschwenkbarkeit des Schwenkhebels gegenüber dem Stellzylinder ist durch die schwenkbare Lagerung des Gleitsteins an dem Endstück des Schwenkhebels realisiert, wogegen der Längenausgleich des Schwenkhebels durch die gleitbewegliche Lagerung des Gleitsteins in der Radialbohrung des Stellzylinders ermöglicht ist.
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Hierdurch ist die im Betrieb, d. h. bei einer Verschwenkung des Jochs über den Stellzylinder und den Schwenkhebel, auftretende Belastung auf mehrere Bauteile und Oberflächen verteilt und somit in ihrer Wirkung verschleißbezogen reduziert. Hierzu dient auch die zylindrische Form des Gleitsteins, durch welche die Kontaktfläche zwischen der Innenwand der Radialbohrung und der Außenwand des Gleitsteins gegenüber einer kugelförmigen Ausbildung deutlich vergrößert und somit die an diesen Oberflächen auftretende Flächenpressung entsprechend reduziert ist. Zudem können die betreffenden Bauteile und Oberflächen geometrisch einfach und robust gestaltet und entsprechend kostengünstig hergestellt werden.
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Im Sinne einer einfachen und robusten Lagerung des Gleitsteins ist vorgesehen, dass die Drehachse des Gleitsteins durch einen an dem Endstück des Schwenkhebels starr befestigten Achsbolzen gebildet ist, auf dem der Gleitstein über eine Bohrung unmittelbar schwenkbar gleitgelagert ist. Es besteht auch die Möglichkeit die Lagerung als Wälzlager, beispielsweise als Nadellager auszubilden.
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Damit die Kraftübertragung zwischen dem Stellzylinder und dem Schwenkhebel möglichst symmetrisch und biegemomentfrei erfolgt, ist das Endstück des Schwenkhebels bevorzugt als ein bezüglich der Längsachse des Schwenkhebels mittig angeordneter Lagersteg ausgebildet, und der Gleitstein an dem Lagersteg über zwei mit jeweils einer Lagerbohrung versehene, den Lagersteg beidseitig umfassende Lagerlaschen mittig auf dem Achsbolzen schwenkbar gelagert.
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Zur besonders robusten Gestaltung der Koppelvorrichtung ist zweckmäßig vorgesehen, dass der die Radialbohrung enthaltende zentrale Abschnitt des Stellkolbens gegenüber den benachbarten äußeren Abschnitten des Stellkolbens einen vergrößerten Durchmesser aufweist, und dass der Durchmesser der Radialbohrung und des Gleitsteins entsprechend vergrößert ausgebildet ist. Durch die vergrößerte Ausführung der Radialbohrung und des Gleitsteins wird die Kontaktfläche beider Bauteile weiter erhöht und somit die an den betreffenden Oberflächen auftretenden Flächenpressungen entsprechend reduziert.
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Der Durchmesser des zentralen Abschnitts des Stellkolbens kann sogar derart groß ausgeführt sein, dass der Durchmesser der Radialbohrung und des Gleitsteins den Durchmesser der benachbarten äußeren Abschnitte des Stellkolbens übertrifft.
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Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird eine weitgehend lineare Kraftübertragung ohne Kippmomente erreicht.
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Des Weiteren ist an allen Kraftübertragenden Teilen ein Flächenkontakt vorhanden.
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Es können leichte Abweichungen, beispielsweise in der Drehachse des Verstellhebels ausgeglichen werden.
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Zusätzlich wird eine einfache Montierbarkeit der Bauteile erreicht.
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Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit einem Ausführungsbeispiel beigefügt. In dieser zeigt
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1 eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung zur gelenkigen und einen Längenausgleich ermöglichenden Verbindung eines Schwenkhebels mit einem Stellkolben in einer Seitenansicht,
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2 die Koppelvorrichtung gemäß 1 in einer um 90° gedrehten Draufsicht,
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3 die Koppelvorrichtung nach den 1 und 2 in einem Längsmittelschnitt, und
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4 die Koppelvorrichtung nach 1 bis 3 in einer perspektivischen Außenansicht.
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In den
1 bis
4 ist eine erfindungsgemäße Koppelvorrichtung
1 abgebildet, die in einem nicht näher dargestellten Hydrostatmodul zur gelenkigen und einen Längenausgleich eines Schwenkhebels
2 ermöglichenden Verbindung des Schwenkhebels
2 mit einem Stellkolben
3 dient. Das Hydrostatmodul weist mindestens eine über die Verschwenkung eines nicht dargestellten Jochs um eine senkrecht zu der Zeichenebene der
1 und
3 liegende Schwenkachse in ihrem Verdrängungsvolumen verstellbare Axialkolbenmaschine auf. Zum besseren Verständnis kann beispielsweise von einem in der
DE 10 2008 002 140 A1 beschriebenen Aufbau des Hydrostatmoduls ausgegangen werden.
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Zur Verschwenkung des Jochs ist eine vorliegend nur teilweise abgebildete Stellvorrichtung vorgesehen, die einen radial beabstandet und tangential zu der Schwenkachse des Jochs angeordneten Stellzylinder mit dem über zwei endseitige Druckräume mit Druck beaufschlagbaren, axialbeweglichen Stellkolben 3 und den weitgehend radial zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichteten, mit einem Schaft 4 starr mit dem Joch verbundenen Schwenkhebel 2 umfasst.
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Bei einer durch den Doppelpfeil 5 in 1 angedeuteten Axialverschiebung des Stellkolbens 3, die durch die Einstellung unterschiedlicher Stelldrücke in den beiden endseitigen Druckräumen bewirkt wird, wird der Schwenkhebel 2 entsprechend dem Doppeldrehpfeil 6 zusammen mit dem Joch um die Schwenkachse des Jochs verschwenkt und damit das Verdrängungsvolumen der mindestens einen Axialkolbenmaschine entsprechend verändert.
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Die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 umfasst eine senkrecht zu der Mittelachse 7 des Stellkolbens 3 und zu der Schwenkachse des Jochs in dem Stellkolben 3 angeordnete Radialbohrung 8 sowie ein in der Radialbohrung 8 gleitbeweglich gelagertes Bauteil 9 des Schwenkhebels 2. Das betreffende Bauteil 9 des Schwenkhebels 2 ist als ein zylindrischer Gleitstein 10 ausgebildet, der um eine achsparallel zu der Schwenkachse des Jochs ausgerichtete Drehachse 11 schwenkbar an einem Endstück 12 des Schwenkhebels 2 gelagert ist. Die Drehachse 11 des Gleitsteins 10 ist durch einen an dem Endstück 12 des Schwenkhebels 2 starr befestigten Achsbolzen 13 gebildet, auf dem der Gleitstein 10 über eine Bohrung unmittelbar schwenkbar gleitgelagert ist.
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Das Endstück 12 ist als ein bezüglich der Längsachse 14 des Schwenkhebels 2 mittig angeordneter Lagersteg 15 ausgebildet, an dem der Gleitstein 10 über zwei mit jeweils einer Lagerbohrung versehene, den Lagersteg 15 beidseitig umfassende Lagerlaschen 16 mittig auf dem Achsbolzen 13 schwenkbar gelagert ist. Der die Radialbohrung 8 enthaltende zentrale Abschnitt 17 des Stellkolbens 3 weist gegenüber den benachbarten äußeren Abschnitten 18 des Stellkolbens 3 einen derart vergrößerten Durchmesser auf, dass der Durchmesser der Radialbohrung 8 und des Gleitsteins 10 den Durchmesser der benachbarten äußeren Abschnitte 18 des Stellkolbens 3 übertrifft.
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Die Bauteile 8, 10, 13, 17 der Koppelvorrichtung 1 sind geometrisch einfach aufgebaut und somit kostengünstig herstellbar. Durch großzügige Dimensionierung der Bauteile 8, 10, 13, 17, insbesondere aber durch große Kontaktflächen der miteinander in Gleitkontakt stehenden Bauteile 8, 10, ist deren mechanische Belastung vergleichsweise niedrig, so dass die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 eine besonders hohe Robustheit aufweist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Koppelvorrichtung
- 2
- Schwenkhebel
- 3
- Stellkolben
- 4
- Schaft des Schwenkhebels
- 5
- Doppelpfeil
- 6
- Doppeldrehpfeil
- 7
- Mittelachse des Stellkolbens
- 8
- Radialbohrung
- 9
- Bauteil des Schwenkhebels
- 10
- Gleitstein
- 11
- Drehachse
- 12
- Endstück des Schwenkhebels
- 13
- Achsbolzen
- 14
- Längsachse des Schwenkhebels
- 15
- Lagersteg
- 16
- Lagerlasche des Gleitsteins
- 17
- Zentraler Abschnitt des Stellkolbens
- 18
- Äußerer Abschnitt des Stellkolbens
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3958496 A [0004]
- DE 2419495 A1 [0004]
- DE 102006025347 B3 [0005]
- DE 102008002140 A1 [0007, 0010, 0012, 0029]
