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Die Erfindung betrifft eine Spannhebelanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, ein Verfahren zum Herstellen eines Spannhebels einer Spannhebelanordnung und ein Ansteuergerät einer Hydromaschine.
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Diese Druckschriften offenbaren ein Ansteuergerät, das beispielsweise zur Verstellung eines Schwenkwinkels einer Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine verwendbar ist. Die Verstellung erfolgt mittelbar oder unmittelbar über einen Stellkolben, der über einen Regelkolben verstellbar ist. Regelkolben und Stellkolben stehen in Wirkverbindung mit einem Rückstellhebel, an dem zwei Spannhebel schwenkbar gelagert sind, deren Endabschnitte mittels einer Spannfeder verbunden sind. Beim Verstellen des Regelkolbens wird der in Verstellrichtung angeordnete Spannhebel gegen die Kraft der Spannfeder mitbewegt. Der Spannhebel beaufschlagt somit den Regelkolben entgegen der elektrisch oder elektrohydraulisch aufgebrachten Stellkraft in Rückstellrichtung. Die Regelposition des Regelkolbens ist erreicht, wenn die Federkraft im Kräftegleichgewicht mit der elektrisch oder elektrohydraulisch aufgebrachten Stellkraft ist. Beim Wegfall dieser Stellkraft, beispielsweise durch Stromlosschalten eines Elektromagneten oder durch Einstellen einer gegen Null gehenden Steuerdruckdifferenz auf dem Regelkolben wird dieser durch die Kraft der Spannfeder zurück gestellt.
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Bei dem Stand der Technik sind die beiden Spannhebel durch Feingießen hergestellt und müssen danach mechanisch bearbeitet werden. Es zeigte sich, dass die Fertigungsschwankungen beim Feingießen so groß sind, dass die Spannhebel auch durch eine mechanische Nachbearbeitung nicht immer auf Maß gebracht werden können, so dass der Ausschussanteil aufgrund der Ungenauigkeiten beim Gießen hoch ist. Darüber hinaus ist die mechanische Nachbearbeitung sehr aufwendig, so dass zum einen die Bearbeitungszeit vergleichsweise lang ist und auch der vorrichtungstechnische Aufwand zur Bearbeitung (Gießwerkzeug, mechanische Nachbearbeitung) erheblich ist und den Preis der Spannhebelanordnung wesentlich bestimmt.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Spannhebelanordnung und ein Ansteuergerät zu schaffen, die mit verringertem fertigungstechnischen Aufwand und nach einem vereinfachten Verfahren herstellbar sind.
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Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Spannhebelanordnung durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1, hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Patentanspruches 12 und hinsichtlich des Ansteuergerätes durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 13 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die erfindungsgemäße Spannhebelanordnung ist bei einer Einrichtung zur Positionsrückführung eines Stellkolbens zur Einstellung eines Förder- oder Schluckvolumens einer Hydromaschine vorgesehen. Die Spannhebelanordnung hat zumindest einen Spannhebel, der mit einem Hebelauge schwenkbar gelagert ist, das mit einem Hebelschaft verbunden ist. Das Hebelauge kragt in Richtung der Schwenkachse gegenüber dem Hebelschaft aus. Am Endabschnitt des Hebelschaftes ist eine Einschnürung zum Einhängen einer Spannfeder ausgebildet. Erfindungsgemäß wird der Spannhebel durch Stanzprägen/Feinschneid-Prägen hergestellt. Ein derartiges Stanzprägen erfolgt in einem Folge-Werkzeug, wobei zunächst das Formteil umgeformt (geprägt) und dann durch Schneiden in die endgültige Form gebracht wird. Eine Nachbearbeitung des Spannhebels ist bei einem derartigen Stanzprägen, auch Feinschneid-Prägen genannt, nicht erforderlich, so dass der fertigungstechnische Aufwand deutlich geringer als beim eingangs beschriebenen Stand der Technik ist. Beim Stanzprägen sind zwar die Werkzeugkosten für das Feinschneid-Prägewerkzeug etwas höher als die Formkosten beim Feingießen; diese Investition wird aber bei weitem durch die erheblich verkürzte Fertigungszeit und die deutlich höhere Qualität und damit dem verringerten Ausschussanteil aufgewogen.
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Ein derartiges Feinschneid-Prägewerkzeug ermöglicht es, den Spannhebel inklusive des relativ komplexen Hebelauges vollständig umzuformen, wobei eine sehr geringe Streuung der einzelnen Maße festzustellen ist. Dieses Stanzprägen führt des Weiteren zu einem Spannhebel mit erhöhter Festigkeit gegenüber einem Feingussteil, so dass auch die Dauerfestigkeit der Spannhebelanordnung gemäß dem Stand der Technik verbessert ist.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Spannhebel der Spannhebelanordnung durch Stanzprägen hergestellt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Ansteuergerät einer Hydromaschine, beispielsweise eine Axialkolbenmaschine mit einer Spannhebelanordnung im Sinne des Anspruches 1 ausgeführt.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Spannhebelanordnung zwei Spannhebel, die im Prinzip baugleich ausgeführt sind und um 180° verdreht zueinander montiert werden, wobei die Hebelaugen zueinander ausgerichtet bleiben. An den beiden zueinander beabstandeten Endabschnitten der Spannhebel wird dann die Spannfeder eingehängt.
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Erfindungsgemäß kann das Hebelauge stufenförmig zum Hebelschaft hin zurückgestuft sein.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erfolgt ein Zurückstufen kaskadenförmig durch zumindest zwei Stufen. Dabei kann eine zum Hebelauge benachbarte Stufe als Tangentialstufe ausgeführt sein und eine zum Hebelschaft benachbarte Stufe als Querstufe, die etwa quer zur Hebellängsachse in diesem Bereich verläuft.
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Bei einer derartigen Variante wird es bevorzugt, wenn die Höhenerstreckung der Tangentialstufe größer als diejenige der Querstufe ist.
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Die Querstufe verläuft dabei vorzugsweise in einem spitzen Winkel zur Tangentialstufe.
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Bei einer Variante der Erfindung ist am Endabschnitt jedes Hebelschaftes eine als Federanlage ausgebildete Einschnürung ausgeführt, wobei im Übergangsbereich zur Einschnürung am Hebelschaft eine Schrägfläche ausgebildet ist.
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Diese Schräge ist mit einem Winkel von weniger als 45°, vorzugsweise 30° angestellt.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verjüngt sich die Einschnürung zu einem Scheitel hin.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auch die Schrägfläche in Verlängerung des Scheitels zumindest abschnittsweise dachförmig ausgeführt.
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Die Bauhöhe des Spannhebelpaares ist besonders gering, wenn das Hebelauge andererseits in Schwenkachsenrichtung gegenüber dem Hebelschaft zurück gesetzt ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei eine einzige Stufe ausgeführt.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 eine Teildarstellung eines Ansteuergerätes einer Axialkolbenmaschine,
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2 eine dreidimensionale Darstellung einer Spannhebelanordnung des Ansteuergerätes gemäß 1,
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3 eine Draufsicht auf die Spannhebelanordnung gemäß 2,
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4 eine Draufsicht auf einen Spannhebel der Spannhebelanordnung,
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5, 6, 7 Details des Spannhebels gemäß 4,
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8 eine Ansicht von oben auf den Spannhebel gemäß 4 und
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9 eine Unteransicht des Spannhebels gemäß 4.
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1 zeigt in stark vereinfachter Weise einen Teilbereich eines Ansteuergerätes 1 zur Verstellung einer hydraulischen Axialkolbenmaschine, die in Schrägscheibenbauweise ausgeführt ist. Bei derartigen Hydromaschinen wird die Schrägscheibe mittelbar oder unmittelbar über einen Stellkolben 2 verschwenkt. Dieser ist über eine Zentrierfederanordnung 4 in die dargestellte Grundposition vorgespannt und lässt sich durch Anlegen einer Steuerdruckdifferenz in zwei Steuerräumen 6, 8 zum Verschwenken der Schrägscheibe verstellen. Die Steuerdruckdifferenz wird über einen Regelkolben 10 des Ansteuergerätes 1 eingestellt. Dieser kann über Elektromagnete oder ebenfalls durch Anlegen einer Steuerdruckdifferenz aus seiner dargestellten Neutralposition verstellt werden, um in Steuerleitungen 12, 14 die Steuerdruckdifferenz einzuregeln. Die Rückstellung des Stellkolbens 2 und des Regelkolbens 10 erfolgt über eine Rückführeinrichtung 16. Diese hat einen Rückführhebel 18, dessen in 1 oberer Endabschnitt mit dem Stellkolben 2 verbunden ist und der in einem Gehäuse 20 des Ansteuergerätes 1 schwenkbar um eine Achse 22 gelagert ist. Auf dieser ist auch ein Spannhebelpaar mit zwei Spannhebeln 24, 26 schwenkbar gelagert, wobei von der Achse 22 entfernte Endabschnitte 28, 30 über eine Spannfeder 32 miteinander verbunden sind.
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An einem in 1 unteren Endabschnitt des Rückstellhebels 18 ist ein Mitnehmerbolzen 34 angeordnet, an dem die Spannhebel 28, 30 in der dargestellten Grundposition des Stellkolbens 2 anliegen. Im Regelkolben 10 ist ein Stift 36 vorgesehen, an dem die Spannhebel 28, 30 in der dargestellten Grundposition anliegen.
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Bis hierhin entspricht der Grundaufbau des Ansteuergerätes
1 demjenigen, wie er in dem eingangs beschriebenen Stand der Technik
DE 195 40 654 C1 und
DE 10 2008 048 507 A1 erläutert ist, so dass im Hinblick auf weitere Details auf diese Druckschriften verwiesen werden kann. Bei diesem Stand der Technik sind die beiden Spannhebel
28,
30 durch Feingießen hergestellt – die damit einhergehenden Nachteile sind vorstehend erläutert. Wie im Folgenden noch näher erläutert, sind erfindungsgemäß die beiden Spannhebel
28,
30 durch Stanzprägen gefertigt, wobei die Bauteilgeometrie an dieses Herstellverfahren angepasst wurde. Einzelheiten hierzu werden anhand der
2 bis
9 erläutert.
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Durch das Verstellen des Regelkolbens 10 wird eine Steuerdruckdifferenz in den beiden Steuerkammern 6, 8 eingeregelt, so dass der Stellkoben 2 aus seiner dargestellten Grundposition verstellt wird und die Schrägscheibe entsprechend ausschwenkt. Die Verschiebung des Regelkolbens 10 wird über den Stift 36 auf einen der Spannhebel, beispielsweise den Spannhebel 24 übertragen, so dass dieser vom Mitnehmerbolzen 34 gegen die Kraft der Spannfeder 32 abhebt. Durch die Kraft der Spannfeder 32 ist somit der Regelkolben 10 mit einer Rückstellkraft beaufschlagt, durch die der Regelkolben 10 bei Stromlosschalten der Elektromagneten oder Einstellen einer auf den Regelkolben 10 wirkenden Steuerdifferenz im Bereich von Null zurückgestellt wird. Durch die Verstellung des Regelkolbens 10 wird der Stellkolben 2 mit der genannten Steuerdruckdifferenz beaufschlagt, so dass dieser verstellt wird und dabei den Rückstellhebel 18 verschwenkt. Die Regelposition ist dann erreicht, wenn die auf den Regelkolben 10 aufgebrachte Stellkraft gleich der in Rückstellrichtung wirkenden Federkraft ist.
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2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der beiden Spannhebel 24, 26, die einen identischen Aufbau haben. Jeder Spannhebel 24, 26 hat ein Hebelauge 38, 38' an dem ein Hebelschaft 40, 40' angeordnet ist. Die Hebelaugen 38, 38' sind so ausgebildet, dass bei um 180° versetztes Aneinandersetzen der beiden Hebelaugen 38, 38' die jeweiligen Hebelschäfte 40, 40' in einer Ebene angeordnet sind. Gemäß der Darstellung in 2 verlaufen die Hebelschäfte 40, 40' im Anschluss an das jeweilige Hebelauge 38, 38' zunächst im Wesentlichen in Radialrichtung parallel zu einander. im Abstand zum jeweiligen Hebelauge 38, 38' sind die Hebelschäfte 40, 40' etwa Y-förmig abgewinkelt. An den Endabschnitten der Hebelschäfte 40, 40' sind dann jeweils hakenförmige Einschnürungen 42, 42' ausgebildet, an denen die Spannfeder 32 eingehängt werden kann.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die beiden Spannhebel 24, 26. Man erkennt in dieser Darstellung deutlich, dass die beiden Hebelaugen 38, 38' deckungsgleich über einander liegen. Gemäß der Darstellung in 1 sind diese Hebelaugen 38, 38' von der Achse 22 durchsetzt, die an einem in dem Gehäuse 20 eingesetzten Exzenterstift angeordnet ist.
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An das Hebelauge 38, 38' (letzteres in 3 nicht sichtbar) schließt sich ein Tangentialschenkel 44, 44' jedes Spannhebels 24, 26 an. An den einander zuweisenden Seitenflächen der Tangentialschenkel 44, 44' ist jeweils eine Ausnehmung ausgebildet, die sich in der dargestellten Grundposition zu einem Langloch 45 ergänzen, durch das sich der Stift 36 des Regelkolbens 10 erstreckt. Wie erläutert, ist jeder Hebelschaft 40, 40' im Anschluss an den jeweiligen Tangentialschenkel 44, 44' zu einem Winkelschenkel 46, 46' abgewinkelt, wobei an den Endabschnitten jeweils die hakenförmigen Einschnürungen 42, 42' zum Einhängen der Spannfeder 32 vorgesehen sind. Im Übergangsbereich zwischen den Tangentialschenkeln 44, 44' zu den Winkelschenkeln 46, 46' sind zu einander beabstandete Anlageflächen 48, 48' ausgebildet, die in der dargestellten Grundposition am Mitnehmerbolzen 34 des Rückstellhebels 18 anliegen.
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4 zeigt den Spannhebel 26 in Einzeldarstellung. Demgemäß ist das Hebelauge 38 von einer Hebelnabe 50 umgriffen, an die über eine im Folgenden noch näher erläuterte Kaskadenstufe 52 der Tangentialschenkel 44 angesetzt ist. Dieser Tangentialschenkel 44 verläuft in etwa tangential zum Hebelauge 38. In der Darstellung gemäß 4 erkennt man auch die Ausnehmung 54, die sich gemeinsam mit der Ausnehmung des anderen Spannhebels zum Langloch 45 ergänzt.
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Der Tangentialschenkel 44 geht in den Winkelschenkel 46 über, wobei im Übergangsbereich die Anlagefläche 48 für den Mitnehmerbolzen 34 vorgesehen ist. An dem etwa in Tangentialrichtung abgewinkelten Endabschnitt des Winkelschenkels 46 ist die Einschnürung 42 ausgebildet, deren Aufbau anhand der Detailansichten gemäß den 5 bis 7 erläutert ist.
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5 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Endabschnittes des Winkelschenkels 46 mit der hakenförmigen Einschnürung 42. Im Übergangsbereich zur Einschnürung 42 ist eine Schrägfläche 56 ausgebildet, die in der Darstellung gemäß 5 senkrecht zur Zeichenebene verläuft. Der Anstellwinkel der Schrägfläche 56 zur Horizontalen (waagerecht in 5) entspricht in etwa 30°. Diese Schrägfläche 56 ist auch in der Seitenansicht des Spannhebels 26 in 8 sichtbar.
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Aus dieser Darstellung erkennt man auch, dass der Endabschnitt etwa im mittleren Bereich der Schrägfläche 56 beidseitig zurückgestuft ist, so dass die Breite b der Einschnürung 42 etwas geringer als die Breite B des Winkelschenkels 46 und auch des Tangentialschenkels 44 ist. Ab dieser Zurückstufung von der Breite B zur Breite b ist der die Einschnürung 42 ausbildende Endabschnitt zum Betrachter in 8 hin keil- oder dachförmig verjüngt, wobei sich ein dann ausbildende Scheitel 58 auch in die Schrägfläche 56 hinein erstreckt.
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6 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A in 5. Man erkennt daraus das keilförmige Zusammenlaufen der Einschnürung 42 hin zum Scheitel 58. Des Weiteren sichtbar ist eine Abflachung 60 des Scheitels 58 im tiefsten Bereich, der in der Ansicht gemäß 5 eine Hohlkehle ausbildet. Entlang dieser Abflachung 60 oder Hohlkehle liegt der Endabschnitt der Feder 32 an.
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7 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-B in 5. Aus dieser Darstellung erkennt man, dass sich auch in diesem Bereich die Einschnürung 42 keilförmig zum Scheitel 58 hin verjüngt. Im Anschluss an die Einschnürung 58 ist eine Stirnfläche 62 des Winkelschenkels 46 verrundet, wobei die keilförmige Verjüngung des Endabschnittes bis in die Stirnfläche 62 hinein verläuft (siehe 8). Im Übergangsbereich der Stirnfläche 62 zur unteren Seitenfläche 64 des Winkelschenkels 46 ist gemäß 5 beidseitig eine kleine Stufe 66 ausgebildet, über die die Seitenflächen (sichtbar in 5) des Winkelschenkels 46 leicht zurückgesetzt sind.
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Durch die Schrägfläche 56 wird ein abgeflachter Übergang vom Winkelschenkel 46 in den Bereich der Einschnürung 42 ausgebildet, der beim Prägen dafür sorgt, dass in diesem Bereich keine Fehlerstellen, wie beispielsweise Risse und Verwerfungen entstehen können. Bei der herkömmlichen Geometrie der Spannhebel wären derartige Fehlstellen nicht auszuschließen gewesen.
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Auch der Anbindungsbereich des Tangentialschenkels 44 über die Kaskadenstufe 52 an das Hebelauge 38 ist im Hinblick auf das Stanzprägen optimiert. Gemäß den Darstellungen in 4 (Draufsicht) und 8 (Seitenansicht) des Spannhebels 26 ist im Übergangsbereich von der das Hebelauge 38 umgreifenden Hebelnabe 50 zum Tangentialschenkel 44 zunächst eine etwa in Tangentialrichtung verlaufende Tangentialstufe 68 ausgebildet, die in der Draufsicht gemäß 4 etwa trapez- oder dreieckförmig ausgebildet ist. Wie aus der Seitenansicht gemäß 8 hervorgeht, hat diese Tangentialstufe 68 eine vergleichsweise große Höhe H. Im Anschluss an die Tangentialstufe 68 ist eine Querstufe 70 ausgebildet, deren Höhe h deutlich geringer als die Höhe H der Tangentialstufe 68 ist. Die Querstufe verläuft dabei quer zur Hebelschaftlängsachse im Bereich des Tangentialschenkels 44. In der Draufsicht gemäß 4 ist die Stirnflächenebene der Hebelnabe 50 kaskadenförmig über die Tangentialstufe 68 und die Querstufe 70 zur Großflächenebene des Tangentialschenkels 44 abgestuft. Diese kaskadenförmige Abstufung ermöglicht einen großen Höhenversatz zwischen der Stirnfläche der Hebelnabe 50 und der Großfläche des Hebelschaftes 40, so dass auch durch diese Ausgestaltung der Spannhebel 24, 26 das Stanzprägen mit geringem Ausschussanteil ermöglicht ist.
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9 zeigt schließlich eine Unteransicht des Spannhebels 26. Man erkennt anhand dieser Figur und der 8, dass der Höhenversatz V zwischen der unteren Stirnfläche (sichtbar in 9) der Hebelnabe 50 und der Großfläche 72 des Hebelschaftes 40 deutlich geringer als der Höhenversatz H + h auf der anderen Seite ist, wobei die in 9 sichtbare Stirnfläche des Hebelauges 38 gegenüber der Großfläche 72 des Hebelschaftes 40 zurückgesetzt ist. Diese Geometrie ermöglicht es, die beiden Spannhebel 24, 26 um 180° versetzt (siehe 3) zu einander anzuordnen und im Bereich der Hebelnaben 50 abschnittsweise in einander greifend auf die Achse 22 aufzusetzen, so dass sich dann die in 3 dargestellte Y-Struktur ergibt.
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Die erfindungsgemäße Spannhebelanordnung und ein mit einer derartigen Spannhebelanordnung ausgeführtes Ansteuergerät an einer Hydromaschine, vorzugsweise einer Axialkolbenmaschine, zeichnet sich durch äußerst einfache Herstellbarkeit bei geringem Ausschussanteil aus. Das verwendete Stanzprägen oder Feinschneid-Prägen ermöglicht die Herstellung der Spannhebel ohne Nachbearbeitung der Bauteile mit höchster Präzision.
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Offenbart sind eine Spannhebelanordnung, ein Verfahren zum Herstellen eines Spannhebels einer derartigen Spannhebelanordnung und ein Ansteuergerät einer Hydromaschine mit einer derartigen Spannhebelanordnung, wobei die Spannhebel in Feinschneid-Prägetechnik hergestellt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2008048507 A1 [0002]
- DE 19540654 C1 [0002, 0033]
- DE 102008048507 A1 [0033]
