DE102012106906A1

DE102012106906A1 - Hydrostatische Verdrängermaschine

Info

Publication number: DE102012106906A1
Application number: DE201210106906
Authority: DE
Inventors: Lukas Krittian
Original assignee: Linde Hydraulics GmbH and Co KG
Current assignee: LHY Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-01-30
Also published as: US20140157765A1; US9562606B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine (1), insbesondere Axialkolbenmaschine, mit veränderbarem Verdrängervolumen, die zur Veränderung des Verdrängervolumens eine mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung (7) um eine Schwenkachse (2) verschwenkbare Schwenkwiege (3) aufweist, wobei die Verstelleinrichtung (7) zum Verschwenken der Schwenkwiege (3) um die Schwenkachse (2) eine Stellkolbeneinrichtung (8) aufweist und zur Erzeugung eines die Stellkolbeneinrichtung (8) beaufschlagenden Stelldrucks ein lagegeregeltes Stellventil (10) vorgesehen ist, das zur Vorgabe eines Schwenkwinkelsollwert der Schwenkwiege (3) ein Vorgabeventilmittel (20), das von einem Geber (16) betätigt ist, und ein Rückführventilmittel (21) umfasst, das zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes der Schwenkwiege (3) mit der Schwenkwiege (3) mechanisch gekoppelt ist. Die Aufgabe, eine derartige Verdrängermaschine zur Verfügung zu stellen, die eine einfach aufgebaute und bauraumsparende lagegeregelte Verstelleinrichtung aufweist und deren Stellventil auf einfache Weise durch einen hydraulischen Ansteuerdruck betätigbar ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Vorgabeventilmittel (20) des lagegeregelten Stellventils (10) axial verschiebbar und drehgesichert ist und das Rückführventilmittel (21) des lagegeregelten Stellventils (10) drehbar und axialgesichert ist, wobei durch eine axiale Verstellung des Vorgabeventilmittels (20) relativ zum Rückführventilmittel (21) Steuerquerschnitte zur Beaufschlagung eines ersten Stellkolbendruckraums (9a; 9b) der Stellkolbeneinrichtung (8) mit einem Stelldruck und zur Entlastung eines zweiten Stellkolbendruckraums (9b; 9a) der Stellkolbeneinrichtung (8) zu einem Behälter (14) freigebbar sind und durch eine Verdrehbewegung des Rückführventilmittels (21) relativ zu dem Vorgabeventilmittel (20) die Steuerquerschnitte verschließbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere Axialkolbenmaschine, mit veränderbarem Verdrängervolumen, die zur Veränderung des Verdrängervolumens eine mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung um eine Schwenkachse verschwenkbare Schwenkwiege aufweist, wobei die Verstelleinrichtung zum Verschwenken der Schwenkwiege um die Schwenkachse eine Stellkolbeneinrichtung aufweist und zur Erzeugung eines die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagenden Stelldrucks ein lagegeregeltes Stellventil vorgesehen ist, das zur Vorgabe eines Schwenkwinkelsollwert der Schwenkwiege ein Vorgabeventilmittel, das von einem Geber betätigt ist, und ein Rückführventilmittel umfasst, das zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes der Schwenkwiege mit der Schwenkwiege mechanisch gekoppelt ist.
Derartige hydrostatische Verdrängermaschinen mit veränderbarem Verdrängervolumen werden als Pumpen oder Motoren eingesetzt, die in einem offenen oder einem geschlossenen Kreislauf verwendet werden können. Während des Betriebs dieser Verdrängermaschinen erweist es sich als vorteilhaft, wenn das Verdrängervolumen durch eine Änderung der Neigung einer Schwenkwiege, an der eine Schrägscheibe ausgebildet ist, an der sich die Verdrängerkolben der Verdrängermaschine abstützen, anpassbar ist. Gebräuchlich sind hierzu hydraulische Verstelleinrichtungen, die mechanisch, hydraulisch oder elektrisch ansteuerbar und betätigbar sind.
Hydraulische Verstelleinrichtungen weisen zur Verstellung der Schwenkwiege eine Stellkolbeneinrichtung auf, die mindestens einem mit Stelldruck beaufschlagbaren Stellkolben umfasst und die zur Betätigung mit der Schwenkwiege in Eingriff steht und deren Schrägstellung und somit das Verdrängervolumen bestimmt. Zur Erzeugung des die Stellkolbeneinrichtung beaufschlagenden Stelldrucks ist in ein lagegeregeltes Stellventil vorgesehen. Das Stellventil steht mit einer Stelldruckquelle und einem Behälter in Verbindung und steuert die Beaufschlagung von Stellkolbendruckräumen der Stellkolbeneinrichtung mit dem von der Stelldruckquelle erzeugten Stelldruck bzw. deren Entlastung zu dem Behälter. Das lagegeregelte Stellventil umfasst zur Vorgabe eines Schwenkwinkelsollwert der Schwenkwiege ein Vorgabeventilmittel, das von einem Geber betätigt ist, und ein Rückführventilmittel, das zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes der Schwenkwiege und somit zur Wegrückführung mit der Schwenkwiege mechanisch gekoppelt ist.
Bei bekannten Verdrängermaschinen mit einem lagegeregelten Stellventil und einer Wegrückführung des Schwenkwinkelistwertes sind bereits elektro-hydraulische Verstelleinrichtung bekannt, bei denen als Geber elektrisch angesteuerte Steuerdruckventile, beispielsweise proportionalen Druckminderventilen, vorgesehen sind, die als Schwenkwinkelsollwert aus einem elektrischen Ansteuersignal einen hydraulischen Ansteuerdruck für einen hydraulisch betätigten Nehmerkolben erzeugen und somit einen Hub an einem hydraulisch betätigten Nehmerkolben vorgegeben, der über einen Drehhebel mit dem Stellventil und der Schwenkwiege mechanisch verbunden ist. Aus dem Hub des Nehmerkolbens erfolgt an dem als Längsschieberventil ausgebildeten Stellventil eine axiale Auslenkung des als Längsschieber ausgebildeten Steuerschiebers, der das Vorgabeventilmittel bildet und welcher die Stellkolbendruckräume der mit der Schwenkwiege verbundenen Stellkolbeneinrichtung durch eine Freigabe von Steuerquerschnitten derart mit der Stelldruckquelle und dem Behälter verbindet, dass die Schwenkwiege um die Schwenkachse verschwenkt wird. Der Drehpunkt des Drehhebels befindet sich bei derartigen Verstelleinrichtungen außerhalb der Schwenkachse der Schwenkwiege. Bei einer Schwenkbewegung der Schwenkwiege und einem durch die Auslenkung des Nehmerkolbens vorgegebenen Schwenkwinkelsollwert erfolgt somit über den mit der Schwenkwiege gekoppelten Drehhebel eine axiale Nachführung des Längsschiebers des Stellventils, bis die freigegebenen Steuerquerschnitte soweit reduziert werden, so dass die Schwenkbewegung der Schwenkwiege beendet und sich somit die Schwenkwiege in eine wegabgeglichenen Sollposition befindet.
Eine derartiges, als Längsschieberventil mit einem längsverschiebbaren Steuerschieber ausgebildetes lagegeregeltes Stellventil, der mittels eines Drehhebels betätigbar ist und an dem über den Drehhebel die Wegrückführung der Schwenkwiege erfolgt, ist aus den 5 bis 8 der DE 197 53 866 A1 bekannt. Ein derartiges lagegeregeltes, als Längsschieberventil ausgebildetes Stellventil weist jedoch aufgrund des Drehhebels einen hohen Aufwand an Bauteilen und somit einen hohen Bauaufwand auf. Sofern der Drehhebel zur Vorgabe des Schwenkwinkelsollwert von einem hydraulisch beaufschlagten Nehmerkolben betätigt ist, wird die Anzahl der Bauteile und somit der Bauaufwand noch weiter erhöht, wobei weiterhin die Verstelleinrichtung einen hohen Bauraumbedarf benötigt.
Um den Aufwand für einen derartigen Drehhebel zu vermeiden, ist bereits aus den 1 bis 4 der DE 197 53 866 A1 bekannt, die Wegrückführung der Position der Schwenkwiege an einer längsverschiebbaren Hülse des als Längsschieberventil ausgebildeten Stellventils als Rückführventilmittel vorzunehmen, in der der Längsschiebers des Stellventils, der das Vorgabeventilmittel bildet, längsverschiebbar angeordnet ist. Zur Rückführung der Position der Schwenkwiege greift ein mit der Schwenkwiege verbundenes Bauteil in eine Nut der längsverschiebbaren Hülse ein. Zwischen der Nut der Hülse und dem mit der Schwenkwiege verbundenen Bauteil kann jedoch Verschleiß auftreten, der die Genauigkeit der Verstellung beeinträchtigt.
Aus der DE 196 08 228 B4 ist eine Verstelleinrichtung einer im Verdrängervolumen verstellbaren Verdrängermaschine bekannt, bei der das lagegeregelte Stellventil als Drehschieberventil ausgebildet ist. Ein drehbarer Steuerschieber des Drehschieberventils bildet das Vorgabeventilmittel und ist zur Vorgabe des Schwenkwinkelsollwertes mit einem elektrischen Schrittmotor betätigbar. Die Wegrückführung der Position der als Schrägscheibe ausgebildeten Schwenkwiege erfolgt an eine drehbare Hülse des Drehschieberventils, in der der drehbare Steuerschieber angeordnet ist und die ein Rückführventilmittel bildet. Durch den drehbaren Steuerschieber eines derartigen als Drehschieberventil ausgebildeten lagegeregelten Stellventils, an dem der Schwenkwinkelsollwert durch eine Drehbetätigung des Steuerschiebers vorgegeben wird, ist es jedoch nicht möglich, den Drehschieber anstelle durch den Schrittmotor durch einen hydraulischen Ansteuerdruck zu betätigen, der durch elektrisch angesteuerte Steuerdruckventile erzeugt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Verdrängermaschine zur Verfügung zu stellen, die eine einfach aufgebaute und bauraumsparende lagegeregelte Verstelleinrichtung aufweist und deren Stellventil auf einfache Weise durch einen hydraulischen Ansteuerdruck betätigbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Vorgabeventilmittel des lagegeregelten Stellventils axial verschiebbar und drehgesichert ist und das Rückführventilmittel des lagegeregelten Stellventils drehbar und axialgesichert ist, wobei durch eine axiale Verstellung des Vorgabeventilmittels relativ zum Rückführventilmittel Steuerquerschnitte zur Beaufschlagung eines ersten Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung mit einem Stelldruck und zur Entlastung eines zweiten Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung zu einem Behälter freigebbar sind und durch eine Drehbewegung des Rückführventilmittels relativ zu dem Vorgabeventilmittel die Steuerquerschnitte verschließbar sind. Das erfindungsgemäße Stellventil weist somit zur Vorgabe des Schwenkwinkelsollwertes ein verdrehgesichertes und axial längsverschiebbares Vorgabeventilmittel auf. Ein derartiges längsverschiebbares Vorgabeventilmittel kann auf einfache Weise durch einen hydraulischen Ansteuerdruck angesteuert und betätigt werden. Die Rückmeldung der Istposition der Schwenkwiege erfolgt an dem drehbaren und gegen eine Axialbewegung gesicherten Rückführventilmittel. Ein derartiges, drehbares Rückführventilmittel kann auf einfache Weise direkt mit der Schwenkwiege gekoppelt werden. Das erfindungsgemäße lagegeregelte Stellventil weist somit lediglich eine geringe Anzahl von Bauteilen auf und benötigt keinen Drehhebel oder eine aufwändige mechanische Kopplung der Schwenkwiege und des Rückführventilmittels, so dass die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung einen geringen Bauaufwand aufweist und durch den Entfall von Bauteilen eine bauraumsparende Bauweise mit geringem Bauraumbedarf ermöglicht.
Bei einem derartigen, lagegeregelten Stellventil können die Stellkolbendruckräume der Stellkolbeneinrichtung auf einfache Weise von einem Stelldruck beaufschlagt bzw. zu einem Behälter entlastet werden, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zur Bildung der Steuerquerschnitte wendelförmige Steuernuten und mit den Steuernuten zusammenwirkende Steueröffnungen vorgesehen sind. Mit derartigen wendelförmigen Steuernuten und mit den Steuernuten zusammenwirkenden Steueröffnungen, die zwischen dem Vorgabeventilmittel und dem Rückführventilmittel ausgebildet sind, können mit geringem Bauaufwand durch die axiale Verstellung des Vorgabeventilmittels relativ zum Rückführventilmittel Steuerquerschnitte zwischen den wendelförmigen Steuernuten und den Steueröffnungen freigegeben sowie die freigegebenen Steuerquerschnitte durch die Verdrehbewegung des Rückführventilmittels relativ zu dem Vorgabeventilmittel wieder verschlossen werden.
Mit besonderem Vorteil sind hierzu gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die wendelförmigen Steuernuten geneigt zu einer Längsachse des Stellventils angeordnet. Mit einer derartigen geneigten Anordnung der Steuernuten wird auf einfache Weise erzielt, dass bei der axialen Verstellung des Vorgabeventilmittels relativ zum Rückführventilmittel Steuerquerschnitte an den Steueröffnungen freigegeben werden und durch die durch die Verdrehbewegung des Rückführventilmittels relativ zu dem Vorgabeventilmittel diese Steuerquerschnitte wieder verschlossen werden.
Die wendelförmigen Steuernuten sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung mit identischer Steigung ausgeführt. Dadurch wird in vorteilhafter Weise erzielt, dass die Steuerquerschnitte gleichzeitig geöffnet und wieder verschlossen werden.
Für die Steueröffnungen ergibt sich ein geringer Bauaufwand und Herstellungsaufwand, wenn die Steueröffnungen von Radialbohrungen oder radial, in Umfangsrichtung angeordneten Langlöchern gebildet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Vorgabeventilmittel an einem Stellventilgehäuse verdrehgesichert befestigt und ist zur Verdrehsicherung des Vorgabeventilmittels eine Sicherungseinrichtung vorgesehen. Das axial längsverschiebbare Vorgabeventilmittel kann hierdurch mit geringem Bauaufwand gegen ein Verdrehen gesichert werden.
Die Sicherungseinrichtung ist bevorzugt als Sicherungsstift ausgebildet, mit dem das Vorgabeventilmittel an einem Stellventilgehäuse drehgesichert ist. Mit einem derartigen Sicherungsstift bzw. Zentrierstift kann auf einfache Weise eine Verdrehsicherung des längsverschiebbaren Vorgabeventilmittels durch eine drehfeste Verbindung des Vorgabeventilsmittels mit dem Stellventilgehäuse erzielt werden.
Mit besonderem Vorteil ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Rückführventilmittel mit der Schwenkwiege axial und drehfest verbunden. Mit einer derartigen Verbindung zwischen der Schwenkwiege und dem Rückführventilmittel kann auf einfache Weise die Rückführung der Position der Schwenkwiege erfolgen und eine axiale Sicherung des Rückführventilmittels gegen eine verschieben in Längsrichtung des Stellventils erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Vorgabeventilmittel als längsverschiebbarer Steuerschieber ausgebildet und ist das Rückführventilmittel als drehbare Hülse ausgebildet, wobei der Steuerschieber in der Hülse längsverschiebbar angeordnet ist. Ein derartiges, aus einer drehbaren und axial gesicherten Hülse und einem in der Hülse axial und längsverschiebbar sowie verdrehgesicherten Steuerschieber gebildetes Stellventil weist einen geringen Herstellungsaufwand auf.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist das Vorgabeventilmittel als längsverschiebbare Hülse ausgebildet und ist das Rückführventilmittel als drehbarer Steuerschieber ausgebildet ist, wobei der Steuerschieber in der längsverschiebbaren Hülse drehbar angeordnet ist. Ein derartiges, aus einer axial und längsverschiebbar sowie verdrehgesicherten Hülse sowie einem in der Hülse drehbar angeordneten und axial gesicherten Steuerschieber gebildetes Stellventil weist ebenfalls einen geringen Herstellungsaufwand auf.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sind die wendelförmigen Steuernuten an dem Vorgabeventilmittel und die Steueröffnungen an dem Rückführventilmittel ausgebildet.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die wendelförmigen Steuernuten an dem Rückführventilmittel und die Steueröffnungen an dem Vorgabeventilmittel ausgebildet.
Um eine Beaufschlagung des entsprechenden Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung mit dem Stelldruck und gleichzeitig eine Entlastung eines gegenwirkenden Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung zu dem Behälter bei betätigtem Stellventil zu erzielen, ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest eine erste wendelförmige Steuernut vorgesehen, die mit einer Stelldruckquelle verbunden ist, und zumindest eine zweite wendelförmige Steuernut vorgesehen, die mit einem Behälter verbunden ist, wobei zumindest eine erste Steueröffnung vorgesehen ist, die mit dem ersten Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung steht, und zumindest eine zweite Steueröffnung vorgesehen ist, die mit dem zweiten Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung steht. Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind die wendelförmigen Steuernuten mit der Stelldruckquelle und dem Behälter verbunden und die Steueröffnungen mit den Stellkolbendruckräumen der Stellkolbeneinrichtung.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist zur Beaufschlagung des entsprechenden Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung mit dem Stelldruck und zur gleichzeitigen Entlastung eines gegenwirkenden Stellkolbendruckraums der Stellkolbeneinrichtung zu dem Behälter bei betätigtem Stellventil zumindest eine erste Steueröffnung vorgesehen, die mit einer Stelldruckquelle verbunden ist, und zumindest eine zweite Steueröffnung vorgesehen, die mit einem Behälter verbunden ist, wobei zumindest eine erste wendelförmige Steuernut vorgesehen ist, die mit dem ersten Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung steht, und zumindest eine zweite wendelförmige Steuernut vorgesehen ist, die mit dem zweiten Stellkolbendruckraum der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung steht. Bei einer derartigen Ausführungsform der Erfindung sind die Steueröffnungen mit der Stelldruckquelle und dem Behälter verbunden und die wendelförmigen Steuernuten mit den Stellkolbendruckräumen der Stellkolbeneinrichtung.
Die erste wendelförmige Steuernut und die zweite wendelförmige Steuernut können gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen.
Zweckmäßigerweise sind die erste wendelförmige Steuernut und die zweite wendelförmige Steuernut um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet.
Die Freigabe und das Verschließen der Steuerquerschnitte wird hierbei auf einfache Weise erzielt, wenn die erste Steueröffnung und die zweite Steueröffnung um einen von der Geometrie der wendelförmigen Steuernuten vorgegebenen Winkel, bevorzugt um einen Winkel von 90°, versetzt zueinander angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste wendelförmige Steuernut, die zweite wendelförmige Steuernut, die erste Steueröffnung und die zweite Steueröffnung jeweils von einem Paar Steuernuten bzw. Steueröffnungen gebildet, die um einen Winkel von 180° gegenüberliegend angeordnet sind. Hierdurch werden zwischen dem Steuerschieber und der Hülse ausgeglichene Druckfelder erzielt, wodurch Reibung zwischen dem Steuerschieber und der Hülse vermieden wird und somit eine exakte Einstellung der Position der Schwenkwiege ermöglicht wird.
Mit besonderem Vorteil ist der Steuerschieber mit Verbindungsbohrungen versehen, mittels denen die wendelförmigen Steuernuten bzw. die Steueröffnungen des Steuerschiebers mit der Stelldruckquelle und dem Behälter bzw. den Stellkolbendruckräumen verbunden sind. Mit derartigen bevorzugt als Längsbohrungen ausgebildeten internen Verbindungsbohrungen im Steuerschieber können die im Steuerschieber ausgebildeten wendelförmigen Steuernuten bzw. die im Steuerschieber ausgebildeten Steueröffnungen mit geringem Bauaufwand mit einem entsprechenden Anschluss am Stellventilgehäuse verbunden werden, um eine Verbindung mit der Stelldruckquelle und dem Behälter bzw. den Stellkolbendruckräumen zu erzielen.
Um die entsprechende Verbindungsbohrung des Steuerschiebers mit einem entsprechenden Anschluss am Stellventilgehäuse zu verbinden, ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an dem Steuerschieber an der Außenmantelfläche eine Ringnut ausgebildet, mittels der die Verbindungsbohrung an einen Anschluss des Stellventilgehäuses angeschlossen ist.
Die Verbindung dieser Ringnut am Steuerschieber mit dem entsprechenden Anschluss des Stellventilgehäuses wird auf einfache Weise ermöglicht, wenn zur Verbindung der Ringnut des Steuerschiebers mit dem Anschluss des Stellventilgehäuses die Hülse mit einer Ringnut und einer zur Innenmantelfläche der Hülse geführten Verbindungsöffnung versehen ist.
Zweckmäßigerweise ist die Ringnut am längsverschiebbaren Steuerschieber bzw. an der längsverschiebbaren Hülse derart bemessen, dass über den gesamten axialen Verstellbereich des Vorgabeventilmittels die wendelförmigen Steuernuten oder die Steueröffnungen mit der Stelldruckquelle und dem Behälter verbunden sind. Hierdurch wird auf einfache Weise sichergestellt, dass über den gesamten axialen Verstellbereich eine Verbindung mit der Stelldruckquelle und dem Behälter hergestellt ist.
Sofern die Verbindungsbohrung in einen zwischen dem Längsschieber und dem Stellventilgehäuse ausgebildeten Steuerdruckraum mündet, der mit einem Anschluss des Stellventilgehäuses verbunden ist, kann ebenfalls mit geringem Herstellungsaufwand eine Verbindung der wendelförmigen Steuernuten bzw. der Steueröffnungen des Steuerschiebers mit der Stelldruckquelle und dem Behälter bzw. den Stellkolbendruckräumen erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Hülse mit in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordneten Ringnuten versehen, mittels denen die Steueröffnungen bzw. wendelförmigen Steuernuten der Hülse mit den Stellkolbendruckräumen bzw. der Stelldruckquelle und dem Behälter verbindbar sind. Mit derartigen Ringnuten in der Hülse können die in der Hülse ausgebildeten Steuernuten bzw. die in der Hülse ausgebildeten Steueröffnungen mit geringem Herstellungsaufwand mit einem entsprechenden Anschluss am Stellventilgehäuse verbunden werden, um eine Verbindung mit der Stelldruckquelle und dem Behälter bzw. den Stellkolbendruckräumen zu erzielen.
Mit besonderem Vorteil sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung die wendelförmigen Steuernuten an der Außenmantelfläche des Steuerschiebers und die Steueröffnungen an der Innenmantelfläche der Hülse ausgebildet sind. Die wendelförmigen Steuernuten können an der Außenmantelfläche des Steuerschiebers auf einfache Weise und mit geringem Herstellungsaufwand eingearbeitet werden. An der Hülse können die Steueröffnungen von Radialbohrungen oder radial, in Umfangsrichtung angeordneten Langlöchern an der Innenmantelfläche auf einfache Weise und mit geringem Herstellungsaufwand hergestellt werden.
Bevorzugt ist das Stellventil mit einer Längsachse konzentrisch oder achsparallel zur Schwenkachse der Schwenkwiege angeordnet. Hierdurch ist eine einfache mechanische Kopplung des drehbaren Rückführventilmittels mit der Schwenkwiege möglich. Bei einer konzentrischen Anordnung des Stellventils kann eine direkte Verbindung des Rückführventilmittels mit der Schwenkwiege zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes erfolgen. Sofern das Stellventil mit der Längsachse achsparallel versetzt zur Schwenkachse der Schwenkwiege angeordnet ist, kann eine Rückführung des Schwenkwinkelistwertes beispielsweise über eine Hebelanordnung oder eine Getriebeeinrichtung, beispielsweise eine Verzahnung, erfolgen.
Mit besonderem Vorteil ist das Rückführventilmittel mittels eines Verbindungssteges, der sich durch eine schlitzartige Ausnehmung des Stellventilgehäuses erstreckt, mit der Schwenkwiege mechanisch verbunden. Hierdurch kann mit besonders geringem Herstellungsaufwand eine drehfeste und axialfeste Verbindung des Rückführventilmittels des Stellventils mit der Schwenkwiege erzielt werden, um einerseits die Wegrückführung der Position der Schwenkwiege und andererseits die Axialsicherung des Rückführventilmittels zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist an dem Vorgabeventilmittel mindestens ein von einem hydraulischen Ansteuerdruck beaufschlagbarer Ansteuerdruckraum ausgebildet, der mittels eines als Steuerdruckventil ausgebildeten Gebers erzeugbar ist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine Betätigung des längsverschiebbaren Vorgabeventilmittels des Stellventils durch einen hydraulischen Ansteuerdruck ermöglicht.
Mit besonderem Vorteil ist das Steuerdruckventil elektrisch betätigbar, so dass mit dem erfindungsgemäßen lagegeregelten Stellventil eine einfach aufgebaute und Bauraum sparende elektro-hydraulische Verstelleinrichtung der Verdrängermaschine erzielt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist das lagegeregelte Stellventil in eine Drehlagerung der Schwenkwiege eingebaut. Das erfindungsgemäße Stellventil kann beispielsweise in einen Lagerzapfen der Schwenkwiege eingebaut werden, mit dem die Schwenkwiege in einem Gehäuse der Verdrängermaschine um die Schwenkachse verschwenkbar gelagert ist. Hierdurch wird eine bauraumsparende Integration des erfindungsgemäßen Stellventils in die Drehlagerung der Schwenkwiege im Gehäuse der Verdrängermaschine erzielt, so dass eine bauraumsparende Bauweise der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung des erfindungsgemäßen Stellventils erzielt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt
1 eine schematische Darstellung einer hydrostatischen Verdrängermaschine mit einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung,
2 einen Längsschnitt des erfindungsgemäßen lagegeregelten Stellventils gemäß Linie A-A der 1,
3a den Steuerschieber des erfindungsgemäßen Stellventils,
3b den Steuerschieber der 3a in einer Darstellung mit in der Ansicht verborgenen Linien,
3c einen Schnitt entlang der Linie A-A der 3b,
3d einen Schnitt entlang der Linie B-B der 3c,
4a die Hülse des erfindungsgemäßen Stellventils,
4b einen Längsschnitt der Hülse gemäß Linie E-E der 4a,
4c einen Schnitt entlang der Linie B-B der 4a,
4d einen Schnitt entlang der Linie C-C der 4a,
4e einen Schnitt entlang der Linie D-D der 4a und
5a bis 5e das erfindungsgemäße lagegeregelte Stellventil in mehreren Ventilpositionen.
In der 1 ist in eine erfindungsgemäße, als Axialkolbenmaschine ausgebildete Verdrängermaschine 1 in einem schematischen Längsschnitt dargestellt.
Die Verdrängermaschine 1 ist als Verstellmaschine mit einem einstellbaren Verdrängervolumen ausgebildet und weist zur Veränderung und Einstellung des Verdrängervolumens eine um eine Schwenkachse 2 verschwenkbare Schwenkwiege 3 auf. An der Schwenkwiege 3 ist eine Schrägscheibe 4 ausgebildet, an der sich die Verdrängerkolben 5 der Verdrängermaschine 1 abstützen, die in einer nicht mehr dargestellten Zylindertrommel längsverschiebbar angeordnet sind. Die mit den Verdrängerkolben 5 versehen Zylindertrommel rotiert im Betrieb um eine Drehachse 6, die senkrecht zu der Schwenkachse 2 der Schwenkwiege 3 angeordnet ist und eine Längsachse der Verdrängermaschine 1 bildet.
Zum Verschwenken der Schwenkwiege 3 um die Schwenkachse 2 ist eine hydraulische Verstelleinrichtung 7 vorgesehen, die eine Stellkolbeneinrichtung 8 umfasst. Die Stellkolbeneinrichtung 8 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Stellkolben 8a, 8b auf, die jeweils mit der Schwenkwiege 3 verbunden sind. An dem Stellkolben 8a ist ein erster Stellkolbendruckraum 9a und an dem Stellkolben 8b ein zweiter Stellkolbendruckraum 9b ausgebildet. Die Stellkolbendruckräume 9a, 9b sind von einem Stelldruck beaufschlagbar bzw. zu einem Behälter entlastbar und wirken entgegengesetzt zueinander. Anstelle von zwei Stellkolben mit jeweils einem Stellkolbendruckraum kann alternativ ein einziger Stellkolben vorgesehen werden, an dem die beiden entgegengesetzt wirkenden Stellkolbendruckräume ausgebildet sind oder der die Schwenkwiege gegen die Kraft einer Druckfeder auslenkt.
Um die Schwenkwiege 3 in eine erste Schwenkrichtung zu verschwenken, wird der erste Stellkolbendruckraum 9a mit dem Stelldruck beaufschlagt und der zweite Stellkolbendruckraum 9b zu dem Behälter entlastet. Entsprechend wird durch eine Beaufschlagung des zweiten Stellkolbendruckraum 9b mit einem Stelldruck und einer Entlastung des ersten Stellkolbendruckraum 9a zu dem Behälter eine Schwenkbewegung der Schwenkwiege 3 in einer entgegengesetzten zweiten Schwenkrichtung erzielt.
Zur Steuerung der Beaufschlagung der Stellkolbendruckräume 9a, 9b mit dem Stelldruck und der Entlastung der Stellkolbendruckräume 9a, 9b zum Behälter ist ein lagegeregeltes, als Pilotventil ausgebildetes Stellventil 10 vorgesehen.
Das Stellventil 10 weist einen Stelldruckanschluss P auf, der mit einer beispielsweise als Steuerdruckpumpe ausgebildeten Stelldruckquelle 11 in Verbindung steht. Das Stellventil 10 weist weiterhin einen ersten Stelldruckanschluss 12a auf, der mittels einer ersten Stelldruckleitung 13a mit dem ersten Stellkolbendruckraum 9a der Stellkolbeneinrichtung 7 verbunden ist. Ein zweiter Stelldruckanschluss 12b des Stellventils 6 steht mittels einer zweiten Stelldruckleitung 13b mit dem zweiten Stellkolbendruckraum 9b der Stellkolbeneinrichtung in Verbindung. Weiterhin ist an dem Stellventil 10 ein mit einem Behälter 14 in Verbindung stehender Behälteranschluss T.
Das erfindungsgemäße Stellventil 10 ist mit einer Längsachse 15 – wie in Verbindung mit der 2 näher ersichtlich wird – konzentrisch und fluchtend zu der Schwenkachse 2 der Schwenkwiege 3 angeordnet. Das erfindungsgemäße, lagegeregelte Stellventil 10 weist ein von einem Geber 16 betätigtes Vorgabeventilmittel 20 auf, durch dessen Betätigung ein Schwenkwinkelsollwert der Schwenkwiege 3 vorgeben wird, und ein Rückführventilmittel 21 auf, das zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes und somit der Istposition der Schwenkwiege 3 mit der Schwenkwiege 3 mechanisch verbunden ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 ist das Vorgabeventilmittel 20 in Längsrichtung der Längsachse 15 axial und somit längsverschiebbar angeordnet und gegen ein Verdrehen um die Längsachse 15 gesichert. Das Rückführventilmittel 21 des erfindungsgemäßen Stellventils 10 ist um die Längsachse 15 verdrehbar angeordnet und in Längsrichtung der Längsachse 15 gegen ein axiales Verschieben gesichert.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Stellventil 10 einen als Längsschieber ausgebildeten Steuerschieber 22 auf, der in einer drehbaren Hülse 23 längsverschiebbar angeordnet ist, wobei der längsverschiebbare und drehfeste Steuerschieber 22 das Vorgabeventilmittel 20 und die drehbare und axialfeste Hülse 23 das Rückführventilmittel 21 bildet. Die Hülse 23 ist hierbei konzentrisch zu dem Steuerschieber 22 angeordnet und in einer Gehäusebohrung eines Stellventilgehäuses 24 angeordnet.
Das in Richtung der Längsachse 15 längsverschiebbare Vorgabeventilmittel 20 ist zur Verdrehsicherung mittels einer Sicherungseinrichtung 25 mit dem Stellventilgehäuse 24 drehfest verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sicherungseinrichtung 25 des Vorgebeventilmittels 20 von einem als Zentrierstift ausgebildeten Sicherungsstift 26 gebildet, der an einer Stirnseite des Steuerschiebers 22 außermittig zur Längsachse 15 befestigt ist und in eine Aufnahmebohrung 27 des Stellventilgehäuses 24 eintaucht.
Das drehbare Rückführventilmittel 21 ist mit der Schwenkwiege 3 axial und drehfest verbunden, um die Rückführung der Stellung der Schwenkwiege 3 auf das Stellventil 10 und die axiale Sicherung des Rückführventilmittels 21 in Längsrichtung der Längsachse 15 zu erzielen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu ein Verbindungssteg 28 vorgesehen, der mit der Hülse 23 und der Schwenkwiege 3 verbunden ist und der sich durch eine in Umfangsrichtung schlitzartige Ausnehmung 29 des Stellventilgehäuses 24 erstreckt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Vorgabeventilmittel 20 mittels eines hydraulischen Ansteuerdruckes hydraulisch ansteuerbar und betätigbar. Zwischen dem Stellventilgehäuse 24 und dem Steuerschieber 22 ist hierzu ein von dem hydraulischen Ansteuerdruck beaufschlagbarer Ansteuerduckraum 30 ausgebildet. Zur Erzeugung des in dem Ansteuerdruckraum 30 anstehenden hydraulischen Ansteuerdruckes ist ein den Geber 16 bildendes Steuerdruckventil 31 vorgesehen, das im dargestellten Ausführungsbeispiel elektrisch ansteuerbar ist. Das Steuerdruckventil 31 steht eingangsseitig mit der Stelldruckquelle 11 in Verbindung und ist beispielsweise als elektrisch betätigbares Druckminderventil, insbesondere proportionales Druckminderventil, ausgebildet, das einen zu dem elektrischen Steuersignal proportionalen hydraulischen Ansteuerdruck zur Betätigung des Vorgabeventilmittels 20 erzeugt. Das Vorgabeventilmittel 20 ist mit einer dem Ansteuerdruck im Ansteuerdruckraum 30 entgegenwirkenden Feder 32 versehen, die in einem dem Ansteuerdruckraum 30 gegenüberliegenden, zwischen dem Stellventilgehäuse 24 und dem Steuerschieber 22 ausgebildeten Steuerdruckraum 33 angeordnet ist. Der Steuerdruckraum 33 ist zu dem Behälter 14 entlastet, wozu an dem Stellventilgehäuse 24 im Bereich des Steuerdruckraums 33 der Behälteranschluss T des Stellventils 10 angeordnet ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 werden durch eine axiale Verstellung des Vorgabeventilmittels 20 – infolge des Ansteuerdruckes im Ansteuerdruckraum 30 und somit einem durch das Ansteuersignal des Gebers 16 vorgegebenen Schwenkwinkelistwert – relativ zu dem axial gegen ein Verschieben in Längsrichtung gesicherten Rückführventilmittel 21 Steuerquerschnitte zur Beaufschlagung des Stellkolbendruckraums 9a bzw. 9b der Stellkolbeneinrichtung 8 mit dem Stelldruck der Stelldruckquelle 11 und zur Entlastung des entgegenwirkenden Stellkolbendruckraums 9b bzw. 9a der Stellkolbeneinrichtung 8 zu dem Behälter 14 freigegeben, so dass die Schwenkwiege 3 um die Schwenkachse 2 verschwenkt wird. Durch eine Verdrehbewegung des drehbaren und mit der Schwenkwiege 3 drehfest verbundenen Rückführventilmittels 21 relativ zu dem gegen Verdrehen um die Längsachse 15 gesicherten Vorgabeventilmittels 20 werden die freigegebenen Steuerquerschnitte wieder verschlossen, so dass die Schwenkbewegung der Schwenkwiege 3 beendet wird und sich die Schwenkwiege 3 in der wegabgeglichen Sollposition befindet.
Zur Bildung dieser Steuerquerschnitte sind an dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 zwischen dem Steuerschieber 22 und der Hülse 23 wendelförmige Steuernuten 40, 41 und mit den Steuernuten 40, 41 zusammenwirkende Steueröffnungen 42, 43 ausgebildet. Die wendelförmigen Steuernuten 40, 41 sind geneigt zur Längsachse 15 des Stellventils 10 angeordnet und weisen eine identische Steigung auf. Die Steigung der wendelförmigen Steuernuten 40, 41 kann beliebig gewählt werden. Die Steueröffnungen 42, 43 sind von radialen, in Umfangsrichtung angeordneten Langlöchern gebildet. Anstelle von Langlöchern können die Steueröffnungen 42, 43 von einfachen Radialbohrungen gebildet werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die wendelförmigen Steuernuten 40, 41 an dem Vorgabeventilmittel 20 angeordnet und hierzu an der Außenmantelfläche des als Längsschieber ausgebildeten Steuerschiebers 22 angeordnet und in die zylindrische Außenmantelfläche des Steuerschiebers 22 eingearbeitet. Die Steueröffnungen 42, 43 sind dementsprechend an dem Rückführventilmittel 21 angeordnet und hierzu an der zylindrische Innenmantelfläche der Hülse 23 angeordnet.
Die wendelförmigen Steuernuten 40 bzw. 41 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel – wie in Verbindung mit den 3a bis 3d näher ersichtlich ist – jeweils von einem Paar wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b bzw. 41a, 41b gebildet, die jeweils um einen Winkel von 180° gegenüberliegend an dem Steuerschieber 22 angeordnet sind. Die Steuernuten 40a, 40b sind zu den Steuernuten 41a, 41b um einen Winkel von 90° versetzt angeordnet.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b mit der Stelldruckquelle 11 verbunden und die wendelförmigen Steuernuten 41a, 41b mit dem Behälter 14 verbunden.
In dem Steuerschieber 22 ist zur Verbindung der beiden Steuernuten 40a, 40b mit der Stelldruckquelle 11 eine als Längsbohrung ausgebildete interne Verbindungsbohrung 45 ausgebildet, die über eine Querbohrung 46 an die beiden gegenüberliegenden Steuernuten 40a, 40b angeschlossen ist. Eine oder mehrere weitere Querbohrungen 47 verbinden die Verbindungsbohrung 45 mit einer an der Außenmantelfläche des Steuerschiebers 22 angeordneten Ringnut 48. Die als Umfangsnut ausgebildete Ringnut 48 des Steuerschiebers 22 steht über eine an der Außenmantelfläche der Hülse 23 angeordnete Ringnut 50 und mindestens eine im Bereich der Ringnut 50 ausgebildete, sich zur Innenmantelfläche der Hülse 23 erstreckende Verbindungsöffnung 51 mit dem Stelldruckanschluss P des Stellventils 10 in Verbindung. Die Ringnut 50 der Hülse 23 ist hierzu über eine nicht näher dargestellte Bohrung im Stellventilgehäuse 24 mit dem Stelldruckanschluss P des Stellventils 10 verbunden. Die Länge der Ringnut 48 am Steuerschieber 22 in axialer Richtung der Längsachse 15 ist derart gewählt, dass die Steuernuten 40a, 40b über den gesamten axialen Verstellbereich des längsverschiebbaren Steuerschiebers 22 und somit unabhängig von der axialen Stellung des Steuerschiebers 22 ständig mit der Ringnut 50 der Hülse 23 und somit dem Stelldruckanschluss P verbunden sind.
In dem Steuerschieber 22 ist zur Verbindung der beiden Steuernuten 41a, 41b mit dem Behälter 14 eine als Längsbohrung ausgeführte interne Verbindungsbohrung 52 ausgebildet, die über eine Querbohrung 53 an die beiden gegenüberliegenden Steuernuten 41a, 41b angeschlossen ist. Die Verbindungsbohrung 52 ist zu dem Steuerdruckraum 33 geführt, in dem die Feder 32 angeordnet ist und der über den Behälteranschluss T des Stellventils 10 zu dem Behälter 14 entlastet ist.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die vier wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b am Steuerschieber 22 – in Längsrichtung der Steuernuten gesehen – eine unterschiedliche Länge auf. Die beiden mit dem Stelldruck beaufschlagten wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b sind kürzer als die beiden zu dem Behälter 14 entlasteten wendelförmigen Steuernuten 41a, 41b ausgeführt.
Die Steueröffnungen 42, 43 an der Hülse 23 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel wie in Verbindung mit den 4a bis 4e näher ersichtlich ist – jeweils von einem Paar Steueröffnungen 42a, 42b bzw. 43a, 43b gebildet, die jeweils um einen Winkel von 180° gegenüberliegend an der Hülse 23 angeordnet sind. Die Steueröffnungen 42a, 42b sind zu den Steueröffnungen 43a, 43b um einen von der Geometrie der wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet.
Die Steueröffnungen 42a, 42b der Hülse 23 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Stellkolbendruckraum 9a und die Steueröffnungen 43a, 43b mit dem Stellkolbendruckraum 9b verbunden.
Zur Verbindung der Steueröffnungen 42a, 42b der Hülse 23 mit dem Stellkolbendruckraum 9a ist an der Außenmantelfläche der Hülse 23 eine als Umfangsnut ausgebildete Ringnut 55 angeordnet, an der die zur Innenmantelfläche der Hülse 23 durchbrochenen Steueröffnungen 42a, 42b ausgebildet sind und die über eine nicht näher dargestellte Bohrung im Stellventilgehäuse 24 mit dem Stelldruckanschluss 12a des Stellventils 10 in Verbindung steht. Entsprechend ist zur Verbindung der Steueröffnungen 43a, 43b der Hülse 23 mit dem Stellkolbendruckraum 9b an der Außenmantelfläche der Hülse 23 eine als Umfangsnut ausgebildete Ringnut 56 angeordnet, an der die zur Innenmantelfläche der Hülse 23 durchbrochenen Steueröffnungen 43a, 43b ausgebildet sind und die über eine nicht näher dargestellte Bohrung im Stellventilgehäuse 24 mit dem Stelldruckanschluss 12b des Stellventils 10 in Verbindung steht.
Entsprechend der relativen Position des Steuerschiebers 22 zur Hülse 23 ermöglichen bei dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 die Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b eine Überdeckung und somit eine Verbindungsöffnung zu den wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b, so dass entsprechende Steuerquerschnitte zur Beaufschlagung der Stellkolbendruckräume 9a bzw. 9b mit dem Stelldruck der Stelldruckquelle 11 bzw. zur Entlastung der Stellkolbendruckräume 9b bzw. 9a zum Behälter 14 hergestellt werden.
Die drei an der Außenmantelfläche der Hülse 23 angeordneten Ringnuten 50, 55, 56 sind in Längsrichtung der Hülse 23 entlang der Längsachse 15 voneinander beabstandet und somit auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet.
Die Funktion des erfindungsgemäßen lagegeregelten Stellventils 10 wird anhand der 5a bis 5e näher beschrieben, wobei in den 5a bis 5b lediglich der Steuerschieber 22 und die Hülse 23 des Stellventils 10 dargestellt sind.
In der 5a befindet sich das Stellventil 10 im nicht angesteuerten Zustand. Die Steueröffnungen 42a, 42b bzw. 43a, 43b haben keine Überdeckung und somit keine Verbindung zu den wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b bzw. 41a, 41b, so dass sich die Verdrängermaschine 1 in einer Nulllage befindet, beispielsweise in einer Stellung mit Verdrängervolumen Null, in der sich die Schrägscheibe 4 der Schwenkwiege 3 senkrecht zur Drehachse 6 der rotierenden Zylindertrommel befindet.
Zum Ausschwenken der Schwenkwiege 3 in eine gewünschte Schwenkwinkelposition wird das Steuerdruckventil 16 von einem elektrischen Ansteuersignal entsprechend angesteuert, so dass ein hydraulischer Ansteuerdruck im Ansteuerdruckraum 30 erzeugt wird, der den längsverschiebbaren Steuerschieber 22 entgegen der Kraft der Feder 32 in eine aus dem Kräftegleichgewicht aus anstehendem Ansteuerdruck im Ansteuerdruckraum 33 und der entgegenwirkenden Federkraft der Feder 32 resultierende Position verfährt. Durch die axiale Ausfahrbewegung des verdrehgesicherten Steuerschiebers 22 zu der noch feststehenden und in axialer Richtung gesicherten Hülse 23 werden Steuerquerschnitte von den mit Stelldruck beaufschlagenden wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b des Steuerschiebers 22 zu den Steueröffnungen 42a, 42b in der Hülse 23 freigegeben sowie Steuerquerschnitte von den Steueröffnungen 43a, 43b der Hülse 23 zu den mit dem Behälter verbundenen wendelförmigen Steuernuten 41a, 41b des Steuerschiebers 22 freigegeben, so dass der Stellkolbendruckraum 9a mit Stelldruck der Stelldruckquelle 11 beaufschlagt wird und der Stellkolbendruckraum 9b zum Behälter 14 entlastet wird, so dass die Schwenkwiege 3 beginnt, in die in die 1 dargestellte Stellung auszuschwenken. Die axiale Verstellung des Steuerschiebers 22 zu der noch feststehenden Hülse 23 wird somit in eine Drehbewegung der Schwenkwiege 3 um die Schwenkachse 2 umgewandelt. In der 5b, die der 2 entspricht, ist diese Stellung des Stellventils 10 mit einem relativ zur Hülse 23 ausgefahrenen Steuerschieber 22 und somit mit einer aktuell ausschwenkenden Schwenkwiege 3 dargestellt.
Durch die Schwenkbewegung der Schwenkwiege 3 wird über die drehfeste Verbindung der in axialer Richtung gegen ein Verschieben gesicherten Hülse 23 mit der Schwenkwiege 3 mittels des Verbindungssteg 28 die in axialer Richtung gegen Verschieben gesicherte Hülse 23 um die Längsachse 15 relativ zu dem gegen Verdrehen gesicherten Längsschieber 22 verdreht, so dass durch die Schwenkbewegung der mit der Schwenkwiege 3 gekoppelten Hülse 23 die Überdeckungen und somit die freigegebenen Steuerquerschnitte zwischen den Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b und den wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b zunehmend verringert werden, bis beim Erreichen des vorgegebenen Schwenkwinkelistwertes die Steuerquerschnitte wieder verschlossen sind und sich die Schwenkwiege 3 in der wegabgeglichen Sollposition befindet. Diese Endstellung des Stellventils 10, in der sich die Schwenkwiege 3 in der wegabgeglichen Sollposition und in der an dem Stellventil 10 die Steuerquerschnitte der Steueröffnungen 42a, 42b bzw. 43a, 43b mit den wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b bzw. 41a, 41b wieder geschlossen sind, ist in der 5c dargestellt.
Soll ausgehend von dieser Endstellung die Schwenkwiege 3 wieder zurück in die Nulllage zurückgeschwenkt werden, wird der Ansteuerdruck im Ansteuerdruckraum 30 des Steuerschiebers 22 verringert, so dass der Steuerschieber 22 relativ zu der axial feststehenden Hülse 23 – wie in der 5d dargestellt ist – einfährt. Hierdurch werden Steuerquerschnitte der Steueröffnungen 42a, 42b mit den zum Behälter 14 entlasteten wendelförmigen Steuernuten 41a, 41b und Steuerquerschnitte der Steueröffnungen 43a, 43b mit den von Stelldruck beaufschlagten wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b freigegeben. Hierdurch wird der Stellkolbendruckraum 9a zum Behälter 14 entlastet und der Stellkolbendruckraum 9b mit dem Stelldruck beaufschlagt, so dass die Schwenkwiege 3 beginnt, in die Nulllage zurückzuschwenken.
Über den Verbindungssteg 28 wird die in axialer Richtung gegen Verschieben gesicherte und mit der Schwenkwiege 3 drehfest verbundene Hülse 23 beim Zurückschwenken der Schwenkwiege 3 um die Längsachse 15 relativ zu dem gegen Verdrehen gesicherten Längsschieber 22 verdreht, so dass durch die Schwenkbewegung der mit der Schwenkwiege 3 gekoppelten Hülse 23 die Überdeckungen und somit die freigegebenen Steuerquerschnitte zwischen den Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b und den wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b zunehmend verringert werden, bis beim Erreichen der Nulllage die Steuerquerschnitte – wie in der 5e dargestellt ist – wieder verschlossen sind und sich die Schwenkwiege 3 in der Nullstellung befindet.
Das erfindungsgemäße lagegeregelte Stellventil 10 ermöglicht aufgrund der geringen Anzahl von kompakten Bauteilen eine einfach aufgebaute und bauraumsparende elektro-hydraulische Verstelleinrichtung 7 einer Verdrängermaschine 1 mit einer Wegrückführung der Schwenkwiege 3, so dass Vorteile im Bereich der Herstellkosten und des Bauraums für die Verstelleinrichtung 7 erzielt werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Anstelle der Ausführung des Steuerschiebers 22 als axial verstellbares und verdrehgesichertes Vorgabeventilmittel 20 und der Hülse 23 als verdrehbares und axialgesichertes Rückführungsventilmittel 21 kann in einer alternativen Ausführungsform die Hülse 23 als axial verstellbares und verdrehgesichertes Vorgabeventilmittel 20 und der Steuerschieber 22 als verdrehbares und axialgesichertes Rückführungsventilmittel 21 ausgebildet werden. Hierzu ist die Hülse 23 von dem Ansteuerdruck längsverschiebbar auszuführen und der Steuerschieber 22 mit der Schwenkwiege 3 drehfest und axialfest zu verbinden.
Weiterhin können anstelle der Verbindung der wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b mit der Stelldruckquelle 11 und dem Behälter 14 sowie der Verbindung der Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b mit den Stellkolbendruckräumen 9a, 9b in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung die Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b mit der Stelldruckquelle 11 und dem Behälter 14 und die wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b mit den Stellkolbendruckräumen 9a, 9b in Verbindung stehen.
Zudem ist alternativ zu der Anordnung der wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b in dem Steuerschieber 22 und der Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b in der Hülse 23 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung möglich, die wendelförmigen Steuernuten 40a, 40b, 41a, 41b in der Hülse 23 und die Steueröffnungen 42a, 42b, 43a, 43b in dem Steuerschieber 22 anzuordnen.
Wie aus den 5a, 5c und 5e ersichtlich ist, ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zwischen den Steueröffnungen 42, 42a, 42b, 43, 43a, 43b und den Steuernuten 40, 40a, 40b, 41, 41a, 43b keine Überdeckung ausgeführt. Es versteht sich, dass zwischen den Steueröffnungen 42, 42a, 42b, 43, 43a, 43b und den Steuernuten 40, 40a, 40b, 41, 41a, 43b alternativ eine positive oder negative Überdeckung ausgeführt werden kann.
Das Vorgabeventilmittel 20 kann alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel an beiden Steuerdruckräumen 30, 33 mittels jeweils eines, bevorzugt elektrisch angesteuerten, Vorsteuerventils mit einem entsprechenden Ansteuerdruck beaufschlagt werden und somit beidseitig mit einem hydraulischen Ansteuerdruck betätigt werden. Der Tankanschluss T des Stellventils 10 kann hierzu analog zu dem in der 2 dargestellten Stelldruckanschluss P mittels entsprechender Ringnuten ausgebildet werden.
Mit dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 kann bei einer in einseitig aus der Nulllage verstellbaren Verdrängermaschine die Schwenkwiege 3 verschwenkt werden. Zudem kann mit dem erfindungsgemäßen Stellventil 10 bei einer in beidseitig aus der Nulllage verstellbaren Verdrängermaschine die Schwenkwiege 3 verschwenkt werden.
Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine kann als Pumpe oder Motor ausgebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19753866 A1 [0005, 0006]
DE 19608228 B4 [0007]

Claims

Hydrostatische Verdrängermaschine (1), insbesondere Axialkolbenmaschine, mit veränderbarem Verdrängervolumen, die zur Veränderung des Verdrängervolumens eine mittels einer hydraulischen Verstelleinrichtung (7) um eine Schwenkachse (2) verschwenkbare Schwenkwiege (3) aufweist, wobei die Verstelleinrichtung (7) zum Verschwenken der Schwenkwiege (3) um die Schwenkachse (2) eine Stellkolbeneinrichtung (8) aufweist und zur Erzeugung eines die Stellkolbeneinrichtung (8) beaufschlagenden Stelldrucks ein lagegeregeltes Stellventil (10) vorgesehen ist, das zur Vorgabe eines Schwenkwinkelsollwert der Schwenkwiege (3) ein Vorgabeventilmittel (20), das von einem Geber (16) betätigt ist, und ein Rückführventilmittel (21) umfasst, das zur Rückführung des Schwenkwinkelistwertes der Schwenkwiege (3) mit der Schwenkwiege (3) mechanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgabeventilmittel (20) des lagegeregelten Stellventils (10) axial verschiebbar und drehgesichert ist und das Rückführventilmittel (21) des lagegeregelten Stellventils (10) drehbar und axialgesichert ist, wobei durch eine axiale Verstellung des Vorgabeventilmittels (20) relativ zum Rückführventilmittel (21) Steuerquerschnitte zur Beaufschlagung eines ersten Stellkolbendruckraums (9a; 9b) der Stellkolbeneinrichtung (8) mit einem Stelldruck und zur Entlastung eines zweiten Stellkolbendruckraums (9b; 9a) der Stellkolbeneinrichtung (8) zu einem Behälter (14) freigebbar sind und durch eine Verdrehbewegung des Rückführventilmittels (21) relativ zu dem Vorgabeventilmittel (20) die Steuerquerschnitte verschließbar sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Steuerquerschnitte wendelförmige Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) und mit den Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) zusammenwirkende Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) vorgesehen sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) geneigt zu einer Längsachse (15) des Stellventils (10) angeordnet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) mit identischer Steigung ausgeführt sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) von Radialbohrungen oder radial angeordneten Langlöchern gebildet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgabeventilmittel (20) an einem Stellventilgehäuse (24) verdrehgesichert befestigt ist und zur Verdrehsicherung des Vorgabeventilmittels (20) eine Sicherungseinrichtung (25) vorgesehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung (25) als Sicherungsstift (26) ausgebildet ist, mit dem das Vorgabeventilmittel (20) an einem Stellventilgehäuse (24) drehgesichert ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführventilmittel (21) mit der Schwenkwiege (3) axial und drehfest verbunden ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgabeventilmittel (20) als längsverschiebbarer Steuerschieber (22) ausgebildet ist und das Rückführventilmittel (21) als drehbare Hülse (23) ausgebildet ist, wobei der Steuerschieber (22) in der Hülse (23) längsverschiebbar angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorgabeventilmittel (20) als längsverschiebbare Hülse (23) ausgebildet ist und das Rückführventilmittel (21) als drehbarer Steuerschieber (22) ausgebildet ist, wobei der Steuerschieber (22) in der längsverschiebbaren Hülse (23) drehbar angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) an dem Vorgabeventilmittel (20) und die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) an dem Rückführventilmittel (21) ausgebildet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) an dem Rückführventilmittel (21) und die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) an dem Vorgabeventilmittel (20) ausgebildet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste wendelförmige Steuernut (40; 40a, 40b) vorgesehen ist, die mit einer Stelldruckquelle (11) verbunden ist, und zumindest eine zweite wendelförmige Steuernut (41; 41a, 41b) vorgesehen ist, die mit einem Behälter (14) verbunden ist, wobei zumindest eine erste Steueröffnung (42; 42a, 42b) vorgesehen ist, die mit dem ersten Stellkolbendruckraum (9a) der Stellkolbeneinrichtung (8) in Verbindung steht, und zumindest eine zweite Steueröffnung (43; 43a, 43b) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Stellkolbendruckraum (9b) der Stellkolbeneinrichtung (8) in Verbindung steht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Steueröffnung (42; 42a, 42b) vorgesehen ist, die mit einer Stelldruckquelle (11) verbunden ist, und zumindest eine zweite Steueröffnung (43; 43a, 43b) vorgesehen ist, die mit einem Behälter (14) verbunden ist, wobei zumindest eine erste wendelförmige Steuernut (40; 40a, 40b) vorgesehen ist, die mit dem ersten Stellkolbendruckraum (9a) der Stellkolbeneinrichtung (8) in Verbindung steht, und zumindest eine zweite wendelförmige Steuernut (41; 41a, 41b) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Stellkolbendruckraum (9b) der Stellkolbeneinrichtung (8) in Verbindung steht.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wendelförmige Steuernut (40; 40a, 40b) und die zweite wendelförmige Steuernut (41; 41a, 41b) gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wendelförmige Steuernut (40; 40a, 40b) und die zweite wendelförmige Steuernut (41; 41a, 41b) um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steueröffnung (42; 42a, 42b) und die zweite Steueröffnung (43; 43a, 43b) um einen von der Geometrie der wendelförmigen Steuernuten (40a, 40b, 41a, 41b) vorgegebenen Winkel, bevorzugt um einen Winkel von 90°, versetzt zueinander angeordnet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste wendelförmige Steuernut (40), die zweite wendelförmige Steuernut (41), die erste Steueröffnung (42) und die zweite Steueröffnung (43) jeweils von einem Paar Steuernuten (40a, 40b; 41a, 41b) bzw. einem Paar Steueröffnungen (42a, 42b; 43a, 43b) gebildet ist, die um einen Winkel von 180° gegenüberliegend angeordnet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (22) mit Verbindungsbohrungen (45; 52) versehen ist, mittels denen die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) oder die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) des Steuerschiebers (22) mit der Stelldruckquelle (11) und dem Behälter (14) bzw. den Stellkolbendruckräumen (9a, 9b) verbunden sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Steuerschieber (22) an der Außenmantelfläche eine Ringnut (48) ausgebildet ist, mittels der die Verbindungsbohrung (45; 52) an einen Anschluss (P; T) des Stellventilgehäuses (24) angeschlossen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Ringnut (48) des Steuerschiebers (22) mit dem Anschluss (P; T) des Stellventilgehäuses (24) die Hülse (23) mit einer Ringnut (50) und einer zur Innenmantelfläche der Hülse (23) geführten Verbindungsöffnung (51) versehen ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnut (48) derart bemessen ist, dass über den gesamten axialen Verstellbereich des Vorgabeventilmittels (20) die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) oder die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) mit der Stelldruckquelle (11) bzw. dem Behälter (14) verbunden sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsbohrung (52; 45) in einen zwischen dem Längsschieber (22) und dem Stellventilgehäuse (24) ausgebildeten Steuerdruckraum (33) mündet, der mit einem Anschluss (T) des Stellventilgehäuses (24) verbunden ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (23) mit in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordneten Ringnuten (55, 56) versehen ist, mittels denen die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) oder wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) der Hülse (23) mit den Stellkolbendruckräumen (9a, 9b) bzw. der Stelldruckquelle (11) und dem Behälter (14) verbindbar sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die wendelförmigen Steuernuten (40; 40a, 40b; 41; 41a, 41b) an der Außenmantelfläche des Steuerschiebers (22) und die Steueröffnungen (42; 42a, 42b; 43; 43a, 43b) an der Innenmantelfläche der Hülse (23) ausgebildet sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellventil (10) mit einer Längsachse (15) konzentrisch oder achsparallel versetzt zur Schwenkachse (2) der Schwenkwiege (3) angeordnet ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückführventilmittel (21) mittels eines Verbindungssteges (28), der sich durch eine schlitzartige Ausnehmung (29) des Stellventilgehäuses (24) erstreckt, mit der Schwenkwiege (3) mechanisch verbunden ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Vorgabeventilmittel (20) mindestens ein von einem hydraulischen Ansteuerdruck beaufschlagbarer Ansteuerdruckraum (30) ausgebildet ist, der mittels eines als Steuerdruckventil (31) ausgebildeten Gebers (16) erzeugbar ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerdruckventil (31) elektrisch betätigbar ist.
Hydrostatische Verdrängermaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das lagegeregelte Stellventil (10) in eine Drehlagerung der Schwenkwiege (2) eingebaut ist.