-
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
-
Eine derartige hydrostatische Axialkolbenmaschine ist beispielsweise in der
DE 10 2008 038 435 A1 offenbart. Bei diesen hydrostatischen Maschinen ist das Hubvolumen, also das Fördervolumen im Betreib als Pumpe und das Schluckvolumen im Betrieb als Motor durch Verschwenken einer Schwenkwiege verstellbar, an der eine Vielzahl von Kolben anliegen, die in einer Zylindertrommel geführt sind. Die Verschwenkung der Schwenkwiege erfolgt bei der bekannten Ausführung über einen Gegenzylinder und einen Stellzylinder, wobei der Gegenzylinder die Schwenkwiege in einer Richtung beaufschlagt und der Stellzylinder in Gegenrichtung. Ein Gegenkolben des Gegenzylinders ist üblicherweise mit dem Pumpendruck beaufschlagt, während ein vom Stellkolben des Stellzylinders begrenzter Stauraum über ein stetig verstellbares Regelventil mit einer Steuerölquelle oder dem Tank verbindbar ist. Ein Ventilschieber des Regelventils ist gegen die Kraft einer Rückführfeder verstellbar, wobei die Vorspannung dieser Rückführfeder vom Schwenkwinkel der Schwenkwiege abhängt. Der Ventilschieber des Regelventils befindet sich in seiner Regel-/Grundposition, wenn die elektrisch oder elektrohydraulisch auf den Ventilschieber wirkende Stellkraft im Gleichgewicht zur Kraft der Rückführfeder steht. Die Schwenkwiege ist dann auf einen Schwenkwinkel eingestellt, der proportional zu der am Regelventil wirkenden Stellkraft ist.
-
Bei der bekannten Axialkolbenmaschine ist die Rückführfeder über ein Gestänge mit dem Gegenkolben gekoppelt, wobei das Regelventil und die Rückführfeder an das Gehäuse der Axialkolbenmaschine angesetzt sind und das Gestänge aus dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine heraus in das angesetzte Ventilgehäuse hinein ragt.
-
Das aufgesetzte Ventilgehäuse mit der Rückführfeder erfordert einen erheblichen Bauraum, zudem ist der Aufbau des Gehäuses der Axialkolbenmaschine relativ komplex, da das Gestänge in geeigneter Weise durchgeführt werden muss.
-
Von der Bosch Rexroth AG wird unter der Typenbezeichnung A4CSG eine Axialkolbenmaschine mit elektroproportionaler Verstellung gezeigt, deren Verstellmechanismus detailliert in der
DE 100 63 526 C1 beschrieben ist. Bei dieser Lösung sind das Regelventil und der Gegenzylinder ebenfalls mechanisch über einen Mitnehmer gekoppelt und quer zur Achse einer mit der Zylindertrommel verbundenen Triebwelle angeordnet und an das Gehäuse der Axialkolbenmaschine angesetzt. Diese Variante zeigt den gleichen Nachteil wie der zuvor beschriebene Stand der Technik – durch das Ansetzen der Gehäuse für das Regelventil und für die Rückführfeder sind die radialen Abmessungen der Axialkolbenmaschine vergleichsweise groß.
-
Ein ähnliche Lösung ist in der
DE 100 17 780 B4 offenbart. Bei allen vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Gleitflächen, entlang denen beispielsweise Kolbenschuhe der Axialkolben auf der Schwenkscheibe abgleiten oder entlang denen gelenkig mit der Schwenkscheibe verbundene Gleitschuhe an Stirnflächen eines Federtellers des Gegenkolbens und des Stellkolbens abgleiten über Entlastungsfelder hydrostatisch entlastet, wobei diese der durch den Hochdruck aufgeprägten Kraft entgegen wirken. Die Druckmittelversorgung der Entlastungsfelder erfolgt üblicherweise über einen Entlastungsfluidpfad, der einerseits im Entlastungsfeld mündet und andererseits mit einem den Hochdruck führenden Abschnitt verbunden ist. Beim konkreten Ausführungsbeispiel der
DE 100 17 780 B4 ist der Gegenkolben mit einer Axialbohrung ausgeführt, durch die hindurch Hochdruck aus dem den Hochdruck führenden Arbeitsraum abgegriffen werden kann. Diese Axialbohrung steht in Druckmittelverbindung mit einer entsprechenden axialen Bohrung des Federtellers, die dann im Entlastungsfeld mündet. Problematisch bei dieser Lösung ist, dass der Gleitschuh beim Verstellen seinen Axialabstand zur Triebwellenachse ändert. Bei der bekannten Lösung ist der Abstand der Stellzylinder-/Gegenzylinder zur Triebwerksachse in etwa gleich wie der Abstand von Anschlägen der Schwenkwiege zur Triebwellenachse. Konstruktionsbedingt kann es jedoch vorkommen, dass der Abstand der Zylinderachsen etwas größer als derjenige der Anschläge zur Triebwellenachse ist, so dass entsprechend der Relativbewegung der Gleitschuhe während der vorbeschriebenen Verstellung der Durchmesser der Schwenkscheibe angepasst werden muss. Eine Vergrößerung des Durchmessers führt jedoch zu einem entsprechend erhöhten Bauvolumen.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Axialkolbenmaschine zu schaffen.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Axialkolbenmaschine mit der Merkmalskombination des Patentanspruches 1 gelöst.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine ist mit einer vorzugsweise elektroproportionalen Verstellung des Schwenkwinkels einer Schwenkwiege ausgeführt, wobei an dieser ein Gegenkolben eines Gegenzylinders und/oder ein Stellkolben eines Stellzylinders angreifen. An der Schwenkwiege sind eine Vielzahl von Kolben abgestützt, die in einer mit einer Triebwelle in Wirkverbindung stehenden Zylindertrommel geführt sind. Die Arbeitskolben sowie der Stellkolben und der Gegenkolben sind jeweils über einen Kolbenschuh oder Gleitschuh an der Schwenkwiege abgestützt. Im Gleitbereich jedes Kolben-/Gleitschuhs ist ein Entlastungsfeld vorgesehen, über das die durch den wirksamen Hochdruck eingetragenen Kräfte zumindest teilweise kompensiert werden sollen. Zumindest ein gegenkolbenseitiges Entlastungsfeld wird durch den Gegenkolben hindurch mit Hochdruck beaufschlagt, wobei die Druckmittelversorgung des stellkolbenseitigen Entlastungsfelds und auch der Entlastungsfelder für die Arbeitskolben/Arbeitszylinder durch Stellantriebselemente hindurch erfolgen kann. Zumindest der den Gegenkolben durchsetzende Entlastungsfluidpfad hat zum Entlastungsfeld hin eine Mündung, die gegenüber der Gegenkolbenachse zur Triebwelle hin versetzt mündet. Über diese Versetzung des entlastungsfeldseitigen Mündungsbereichs kann der Eingangs geschilderte Axialversatz des Gegenkolbens und des Stellkolbens mit Bezug zu den Anschlägen der Schwenkwiege kompensiert werden, so dass deren Durchmesser nicht oder nur vergleichsweise wenig vergrößert werden muss, wodurch Bauraum, Gewicht und Materialkosten gespart werden können. Die Funktion der Axialkolbenmaschine ist gegenüber dem eingangs genannten Stand der Technik in keiner Weise beeinträchtigt.
-
Der Aufbau der Axialkolbenmaschine ist besonders kompakt, wenn der Gegenkolben mittels einer Feder vorgespannt ist, die an einem Abstützteil des Gegenkolbens angreift und an dem der zugehörige Gleitschuh stirnseitig anliegt. Der genannte Entlastungsfluidpfad mündet dann in der Stirnfläche des Abstützteils und öffnet sich somit exzentrisch zum Gegenkolben hin zum Entlastungsfeld. Dieses Entlastungsfeld kann beispielsweise gleitschuhseitig oder federtellerseitig ausgeführt sein.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Entlastungsfluidpfad eine Schrägbohrung, die schräg zur Gegenkolbenachse angestellt ist und die den Mündungsbereich des Entlastungsfluidpfads bildet und einerseits in Fluidverbindung mit einer Axialbohrung des Gegenkolbens und andererseits mit dem Entlastungsfeld steht.
-
Der Anstellwinkel der Schrägbohrung mit Bezug zur Gegenkolbenachse beträgt vorzugsweise zwischen 5° und 40°. Ganz besonders bevorzugt ist ein Anstellwinkel von etwas mehr als 20°, beispielsweise etwa 22°.
-
Damit die Relativposition des Mündungsbereichs der Schrägbohrung mit Bezug zum Entlastungsfeld lagepositioniert ist, kann das Abstützteil mit einer Verdrehsicherung ausgeführt sein.
-
Diese Verdrehsicherung kann beispielsweise durch einen gehäuseseitig befestigten Führungsstift ausgebildet sein, der eine Ausnehmung des Abstützteils durchsetzt.
-
Wie eingangs erläutert, kann der Achsabstand der Gegenkolbenachse etwas größer als derjenige von Anschlägen der Schwenkliege ausgeführt sein.
-
Der Aufbau der Axialkolbenmaschine ist besonders kompakt, wenn an dem Abstützteil auch eine Rückführfeder eines Regelventils der Verstelleinrichtung abgestützt ist.
-
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Achsabstand der Rückführfeder zur Triebwelle in etwa gleich oder geringer wie der Achsabstand des Gegenzylinders oder des Stellzylinders zur Triebwelle. Mit der Formulierung „in etwa“ ist definiert, dass diese geometrischen Beziehungen nicht exakt eingehalten müssen, sondern dass gewisse Abweichungen zulässig sind, solange die Rückführfeder in das die Zylindertrommel umgebende Gehäuse integriert werden kann.
-
Die Gehäusekonstruktion für die Axialkolbenmaschine ist besonders einfach, wenn die Triebwelle, die Rückführfeder, der Gegenzylinder und der Stellzylinder parallel zueinander angeordnet sind.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise,
-
2 eine schematisierte Seitenansicht auf das geöffnete Gehäuse der Axialkolbenmaschine gemäß 1,
-
3 eine Detailansicht der Axialkolbenmaschine gemäß 1 in einer anderen Schnittebene,
-
4 eine Prinzipskizze des Aufbaus einer Verstelleinrichtung einer Schwenkwiege einer gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 abgewandelten Axialkolbenmaschine,
-
4a in einer Variante zu 4 eine Einzelheit eines innerhalb der Verstelleinrichtung verwendeten Elektromagneten,
-
5 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 3,
-
6 eine weitere Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 3,
-
7 eine Schnittdarstellung mit einer etwas anders gelegten Schnittebene als beim Ausführungsbeispiel gemäß 1,
-
8a, 8b Ansichten eines Abstützteils einer Verstelleinrichtung für die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele und
-
9, 10 die Axialkolbenmaschine gemäß dem Ausführungsbeispiel in 1 in unterschiedlichen Schwenkstellungen der Schwenkscheibe.
-
Bei den folgenden Ausführungen wird vorausgesetzt, dass der prinzipielle Aufbau einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise bekannt ist, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente erläutert werden. Im Übrigen wird auf die Fachliteratur, beispielsweise den eingangs genannten Stand der Technik verwiesen.
-
Die Axialkolbenmaschine 1 hat ein Triebwerk mit einer Triebwelle 2 und eine in einem Gehäuse verschwenkbar gelagerte Schwenkwiege 4. Die Triebwelle 2 ist über Wälzlager 6 in dem Gehäuse mit einem topfartigen Gehäuseteil 8 und einem Deckel 10 gelagert. Die Triebwelle 2 ist drehfest verbunden mit einer Zylindertrommel 12, in der eine Vielzahl von Arbeitskolben 14 verschiebbar geführt sind. Diese begrenzen jeweils mit einer Zylinderbohrung einen Arbeitsraum 16, die über eine Steuerscheibe in Druckmittelverbindung mit Hoch- oder Niederdruck bringbar sind. Die Kolben 14 gleiten während der Rotation der Zylindertrommel 12 mit Kolbenschuhen 18 an der Gleitfläche der Schwenkwiege 4 ab. Die Verstellung des Förder-/Schluckvolumens und damit des Kolbenhubs erfolgt über eine Verstelleinrichtung 20, deren Grundaufbau im eingangs beschriebenen Stand der Technik erläutert ist.
-
Demgemäß hat eine derartige Verstelleinrichtung 20 einen Gegenzylinder 22, dessen Gegenkolben 24 über ein Kugelgelenk 26 mit der Schwenkwiege 4 verbunden ist. In einem Druckraum 28 des Gegenzylinders 22 wirkt der Pumpendruck, so dass die Stirnfläche des Gegenkolbens 24 stets mit Pumpendruck beaufschlagt ist. In der in 1 dargestellten Position ist die Schwenkwiege 4 auf einen Maximalwert von beispielsweise +20° verschwenkt, wobei der Gegenkolben 24 vollständig eingefahren ist (Endstellung im Motorbetrieb). Die Stellfeder 30 ist dabei mit einer maximalen Spannung beaufschlagt. Der in 1 rechte Endabschnitt der Stellfeder 30 ist an einem entlang des Gegenkolbens 24 verschiebbaren Federtellers 32 abgestützt, wobei der Verschiebeweg durch eine Schulter 34 (siehe auch 3) am Außenumfang des Gegenkolbens 24 begrenzt ist. Der andere, in 1 linke Endabschnitt der Stellfeder 30 liegt an einem Abstützteil 36 an, dessen Aufbau später anhand 3 erläutert wird. Wie aus 1 hervorgeht, ist das Abstützteil 36 seinerseits am Kugelgelenk 26 und damit an der Schwenkwiege 4 abgestützt. Der Axialabstand zwischen dem Abstützteil 36 und dem Federteller 32 bei Anlage an die Schulter 34 ist so gewählt, dass die Stellfeder 30 mit einer Vorspannung beaufschlagt ist.
-
Diametral versetzt zum Gegenzylinder 24 greift an der Schwenkwiege 4 ein Stellzylinder 38 an, dessen Stellkolben 40 einen Stellraum 42 begrenzt, der über ein proportional verstellbares Regelventil 44 (siehe 2 und 3) mit Steueröl beaufschlagbar oder mit Tank verbindbar ist. In der Darstellung gemäß 1 ist lediglich ein Proportionalmagnet 45 des Regelventils 44 zu sehen. Das Regelventil 44 selbst ist im Schnitt gemäß 1 nicht sichtbar und liegt etwa auf dem gleichen Umfangskreis wie der Gegenzylinder 22 unterhalb der Zeichenebene in 1.
-
Über dieses Regelventil 44 kann Steueröl dem Stellraum 42 zugeführt oder aus dem Stellraum 42 abgelassen werden. Der Stellkolben 40 hat einen größeren Durchmesser als der Gegenkolben 24. In dem Stellraum stellt sich somit ein Druck ein, der zwischen dem Pumpendruck und dem Tankdruck liegt und durch die Kraft bedingt ist, die notwendig ist, um die Schwenkwiege zu verstellen oder in einer Position zu halten. Auch der Stellkolben 40 ist über ein später detailliert erläutertes Kugelgelenk 46 mit der Schwenkwiege 4 verbunden. Der Stellzylinder 40 ist von einer Stellfeder 48 umgriffen, die einerseits über einen Federteller 54 an einer Schulter 50 und andererseits an einem Federteller 52 angreift, der seinerseits über das Kugelgelenk 46 an der Schwenkwiege 4 abgestützt ist. Der Axialabstand des Federtellers 52 von der Schulter 50 ist wiederum so gewählt, dass die Stellfeder 48 mit einer Vorspannung beaufschlagt ist.
-
Zur Einstellung des in 1 dargestellten maximalen Schwenkwinkels kann sowohl im Stellraum 42 als auch in dem Druckraum 28 der Pumpendruck anliegen, so dass aufgrund des größeren Durchmessers des Stellkolbens 40 die Schwenkwiege 4 in der dargestellten Weise auf ihren maximalen Schwenkwinkel verstellt wird. In dieser – wie erläutert – der Gegenkolben 24 vollständig eingefahren, wobei der Federteller 32 dann in Anlage an eine Schulter des Gehäuses gelangt und von der Schulter 34 abhebt, so dass die Stellfeder 30 gespannt wird. Prinzipiell erfolgt die Verstellung des Schwenkwinkels über ein auf die Schwenkwiege wirkendes Moment – der gewünschte Schwenkwinkel wird dann gehalten, wenn Momentengleichgewicht anliegt.
-
Die wesentlichen Druckmittelanschlüsse der Pumpe (Tankanschluss, Druckanschluss, evtl. Leckageanschluss) sind am Deckel 10 ausgebildet.
-
In 2 ist stark schematisiert eine Seitenansicht der Axialkolbenmaschine bei abgenommenem Deckel 10 dargestellt. Man erkennt das topfförmige Gehäuseteil 8 und die Zylindertrommel 12 mit den durch die Kolben 14 begrenzten Arbeitsräumen 16. Mittig ist die Triebwelle 2 angeordnet. Des Weiteren dargestellt ist die Position des Stellzylinders 38, des Gegenzylinders 20 und des Regelventils 44. Aus dieser Darstellung erkennt man, dass das Regelventil 44 in das Gehäuse der Axialkolbenmaschine integriert ist und nicht, wie beim eingangs beschriebenen Stand der Technik, außen angesetzt wird, so dass die Radialabmessungen der Axialkolbenmaschine sehr kompakt ausgeführt werden können. Gegenzylinder 20 und Stellzylinder 38 liegen einander diametral gegenüber und wirken auf die angedeutete Schwenkwiege 4, die um die in 2 horizontal verlaufende Schwenkachse 56 verschwenkbar ist. Aus der Darstellung gemäß 2 ist entnehmbar, dass die Achsen des Gegenzylinders 20, des Stellzylinders 38 und des Regelventils 44 in etwa den gleichen Abstand zur Achse der Triebwelle 2 haben, d.h. alle drei Bauelemente können in das Gehäuseteil 8 bzw. den dieses abschließenden Deckel 10 integriert werden.
-
3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie A-A durch die Axialkolbenmaschine gemäß 1, wobei in dieser Schnittdarstellung die Schwenkwiege 4 in ihrer Grundstellung dargestellt ist, die einem Förder-/Schluckvolumen zwischen +100% und –100% vorzugsweise etwa 0% oder im Pumpenbetrieb leicht darüber (8%) entspricht.
-
Im Schnitt A-A liegt der Gegenzylinder 20 etwas oberhalb des Regelventils 44, das im Wesentlichen im Deckel 10 aufgenommen ist, wobei der zur Betätigung des Regelventils 44 erforderliche Proportionalmagnet 45 stirnseitig angesetzt ist und in etwa achsparallel zur Triebwelle 2 verläuft. Bei dem Proportionalmagneten 45 handelt es sich um einen so genannten biproportionalen Elektromagneten, der eine Verstellung aus einer Grundposition heraus in zwei Richtungen ermöglicht. Anstelle eines derartigen biproportionalen Magneten können jedoch auch zwei herkömmliche Proportionalmagnete verwendet werden, über die eine Verstellung in jeweils eine Richtung möglich ist. Selbstverständlich baut die Axialkolbenmaschine mit dem verwendeten Biproportionalmagneten deutlich kompakter.
-
In 3 erkennt man ist einen Stößel 58 des Proportionalmagneten 45, der formschlüssig über eine Einhängekupplung 60 mit einem Ventilschieber 62 verbunden ist. Dieser ist mit einer Stützschulter 64 ausgeführt, an der eine Gegenfeder 66 angreift, die ihrerseits an einer Stützhülse 68 abgestützt ist, die über eine in der Variante nach 5 ersichtliche Justierschraube 90 am Deckel 10 abgestützt ist. Der biproportionale Magnet 45 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Bauweise ausgeführt, bei der die Gegenfeder 66 nicht in diesen integriert werden kann. Andernfalls wäre es möglich, die Gegenfeder 66 in der gleichen Wirkrichtung auf den Stößel wirken zu lassen, so dass damit auch der Ventilschieber 62 beaufschlagt ist. Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird später anhand 4 erläutert. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist daher eine zug- und schiebefeste Verbindung zwischen Ventilschieber 62 und Stößel 58 über die Einhängekupplung 60 erforderlich.
-
An dem in 3 linken, aus dem Deckel 10 vorstehenden Endabschnitt des Ventilschiebers 62 ist ein Federteller 70 abgestützt, an dem eine Rückführfeder 72 angreift, deren Achse koaxial zur Ventilschieberachse 62 und somit achsparallel zur Gegenkolbenachse und zur Stellkolbenachse ausgebildet ist. Die Rückführfeder 72 ist ihrerseits an dem bereits in 1 teilweise dargestellten Abstützteil 36 abgestützt, das sozusagen als doppelter Federteller einerseits für die parallele Stellfeder 30 und andererseits für die Rückführfeder 72 wirkt. In der Darstellung gemäß 3 ist das Abstützteil 36 mit einem Federtellerabschnitt 74 für die Stellfeder 30 ausgeführt, die an einer Stirnfläche des Federtellerabschnittes 74 anliegt und einen Bund umgreift. Rückführfederseitig ist ein weiterer Federtellerabschnitt 76 vorgesehen, der in der Darstellung gemäß 3 etwas nach rechts versetzt zum Federtellerabschnitt 74 ausgebildet ist. Entsprechend ist die Rückführfeder 72 stirnseitig an dem Federtellerabschnitt 76 abgestützt, wobei eine Zentrierung ebenfalls über einen nabenförmigen Vorsprung erfolgt, der in die Rückführfeder 72 eintaucht. In 3 sichtbar ist auch ein Führungsstift 78, der einerseits im Gehäuse 8 verankert ist und andererseits einen Durchbruch 80 des Federtellerabschnittes 76 durchsetzt und koaxial zur Rückführfeder 72 und zur Achse des Regelventils 44 verläuft. Durch diesen Führungsstift 78 ist ein Verdrehen des Abstützteils 36 verhindert.
-
Die Steuerkanten des Ventilschiebers 62 werden anhand 4 erläutert, in der der prinzipielle Aufbau der Verstelleinrichtung 20 noch etwas vereinfacht dargestellt ist. Der Übersichtlichkeit halber ist dabei das Regelventil 44 im Parallelabstand zum Gegenzylinder 22 dargestellt. Tatsächlich liegt jedoch, wie bereits erläutert, das Regelventil 44 in etwa auf dem gleichen Umfangskreis wie der Gegenzylinder 22; d.h. der Abstand der Achsen des Regelventils 44, des Gegenzylinders 22 und des Stellzylinders 38 ist zur Achse der Triebwelle 2 (lediglich strichpunktiert angedeutet in 4) in etwa gleich.
-
In der Darstellung gemäß 4 ist die ebenfalls nur strichpunktiert angedeutete Schwenkwiege 4 vollständig in Gegenrichtung zur Darstellung in 1 ausgeschwenkt, das heißt der Schwenkwinkel beträgt dann etwa –20°. Um diese Verschwenkung herbeizuführen, ist der Stellkolben 40 des Stellzylinders vollständig eingefahren und der Gegenkolben 24 vollständig ausgefahren worden. Das Einfahren des Stellkolbens 40 wird dadurch bewirkt, dass über das Regelventil 44 vom Stellraum 42 eine Verbindung zu einem Tank hergestellt wird, so dass der Gegenkolben 24 durch den im Druckraum 28 wirkenden Pumpendruck unter Verdrängung von Druckmittel aus dem Stellraum 42 ausfährt. Zum Halten genügt ein Momentengleichgewicht an der Schwenkwiege. In dieser Position läuft der Federteller 54 des Stellkolbens 40 auf eine Gehäuseschulter auf, so dass die am endseitigen Federteller 52 abgestützte Stellfeder 48 von der Schulter 50 abhebt und komprimiert wird. Das heißt die Verstellung erfolgt gegen die Kraft der Stellfeder 48. In entsprechender Weise wird beim Ausfahren des Gegenkolbens 24 die Stellfeder 30 gegenüber der Position gemäß den 1 und 3 entspannt, bis der Federteller 32 auf die Schulter 34 aufliegt – beim weiteren Ausfahren verbleibt die am Abstützteil 36 abgestützte Stellfeder 30 bei ihrer voreingestellten Vorspannung.
-
Wie zuvor schon erläutert, beaufschlagt die Rückführfeder 72 den Ventilschieber 62 in der Darstellung gemäß 4 nach rechts (Einfahrrichtung) und ist ebenfalls am Abstützteil 36 abgestützt, das in der Darstellung gemäß 4 gegenüber dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel vereinfacht ohne zueinander versetzte Federtellerabschnitte ausgeführt ist. Der Führungsstift 78 durchsetzt den Durchbruch 80 des Abstützteils 36, so dass dieses verdrehgesichert ist. In der Darstellung gemäß 4 erkennt man auch, dass das Abstützteil 36 mit dem Gegenkolben 24 verbunden ist. In entsprechender Weise ist der Federteller 52 durch Schrauben mit dem Stellkolben 40 verbunden.
-
Der Ventilschieber 62 steuert die Druckmittelverbindung zwischen einem Arbeitsanschluss A und einem Druckanschluss P sowie einem Tankanschluss T. Am Anschluss P liegt der Pumpendruck an, der Tankanschluss T ist mit einem Tank verbunden, während der Arbeitsanschluss A, wie in 4 angedeutet, mit dem Stellraum 42 verbunden ist. Am Ventilschieber 62 ist eine Steuerkante 82 ausgebildet, über die die Druckmittelverbindung vom Anschluss P zum Anschluss A steuerbar ist. Im Parallelabstand dazu ist eine Steuerkante 84 ausgebildet, über die der Arbeitsanschluss A mit einem Tankanschluss T verbindbar ist. In der dargestellten Regel- oder Grundposition ist die Verbindung des Arbeitsanschlusses A zu den Anschlüssen P und T abgesperrt oder stark gedrosselt. Diese Regelposition stellt sich ein, wenn die über den Proportionalmagneten 45 aufgebrachte Magnetkraft im Gleichgewicht steht zu der Kraft der Rückführfeder 72. Diese Regelposition wird also dann erreicht, wenn der einer bestimmten Magnetkraft entsprechende Schwenkwinkel eingestellt ist.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist die Gegenfeder 66 nicht direkt mit dem Ventilschieber verbunden, sondern wirkt entgegengesetzt zur Rückführfeder 72 auf einen Anker 86 des biproportionalen Elektromagneten 45, wobei der Anker 86 in an sich bekannter Weise in einem Polrohr 88 geführt ist. Der Anker 86 ist über die Gegenfeder 66 nach links, entgegengesetzt zur Rückführfeder 72 vorgespannt, so dass Regel- oder Grundposition des Ventilschiebers 62 durch Verstellen der Vorspannung der Gegenfeder 66 justierbar ist. Beim konkreten Ausführungsbeispiel erfolgt dies dadurch, dass die Vorspannung der Gegenfeder 66 über die Justierschraube 90 eingestellt wird. Diese ist von einer Hutmutter 91 überdeckt und mit einer Kontermutter 89 gesichert. Da diese Justierung üblicherweise nur bei Auslieferung der Axialkolbenmaschine durchgeführt wird, kann bei einer vereinfachten Ausführung auch vorgesehen werden, die Justierung werksseitig dadurch vorzunehmen, eine Stirnfläche des Polrohrs 88 in der in 4a dargestellten Weise zu deformieren, um sozusagen einen Axialanschlag für einen Federteller 92 der den Anker 86 und damit den Stößel 58 beaufschlagenden Gegenfeder 66 auszubilden.
-
Ein weiterer Unterschied des Ausführungsbeispiels gemäß 4 zum Ausführungsbeispiel gemäß 3 besteht darin, dass der Stößel 58 und der Ventilschieber 62 nicht formschlüssig miteinander verbunden sind, sondern durch die Kraft der Rückführfeder 72 und der Gegenfeder 66 gegeneinander vorgespannt sind. Bei dieser Variante wirkt die Gegenfeder 66 – wie beschrieben – auf die Rückseite des Ankers 86. In 4 ist zwischen dem Stößel 58 und dem Ventilschieber bewusst ein kleiner Abstand eingezeichnet, um eine Querrille in der Stirnseite des Ventilschiebers deutlich zu zeigen, durch die gewährleistet ist, dass die Axialbohrung im Ventilschieber nicht durch den Stößel verschlossen wird. Anhand 6 wird später ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die Gegenfeder 66, ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 im Bereich des Ventilschieber 62 beziehungsweise des Stößels 58 angreift.
-
Der vorbeschriebene Aufbau der Verstelleinrichtung 20 lässt sich relativ einfach realisieren, da die Anlenkung der Rückführfeder 72 an dem der Schwenkwiege 4 zugewandten Ende des Gegenkolbens 24 erfolgt. Komplexe Gehäusedurchführungen oder dergleichen wie beim Stand der Technik sind bei einer derartigen Variante nicht erforderlich.
-
Demgemäß lässt sich auch das erfindungsgemäße Konzept realisieren, wenn die Achse der Rückführfeder 72 mit Bezug zur Triebwelle 2 etwas radial außerhalb der Gegenkolbenachse liegt. Die Rückführfeder 72 muss nicht notwendiger Weise koaxial zum Regelventil 44 angeordnet sein. Prinzipiell ist es auch möglich, die Rückführfeder 72 an den Stellkolben 40 des Stellzylinders 38 anzukoppeln. Die Ankopplung kann dann in entsprechender Weise erfolgen, wie sie anhand der 3 und 4 erläutert ist.
-
5 zeigt eine Möglichkeit, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Regel- oder Grundposition justierbar ist. Wie erläutert, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 der Ventilschieber 62 direkt von der Gegenfeder 66 beaufschlagt, da diese nicht in den Proportionalmagneten 45 integriert ist. Die Abstützung der Gegenfeder 66 nach rechts hin erfolgt über die Stützhülse 68, die mit einer konifizierten Stirnfläche 92 ausgeführt ist. Der andere Endabschnitt der Gegenfeder 66 ist an der Stützschulter 64 des Ventilschiebers 62 abgestützt. Die Justierung der Vorspannung der Gegenfeder 66 oder Grundposition des Ventilschiebers 62 erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß 5 über eine Justierschraube 90, die beispielsweise in den Deckel 10 eingeschraubt ist und mit ihrer Spitze in Anlage an die Stirnfläche 92 der Stützhülse 68 gelangt, so dass diese durch Ein- oder Ausschrauben der Justierschraube 90 in Axialrichtung verstellt und somit die Vorspannung der Gegenfeder 66 verändert wird. Das heißt die Position der Stützhülse 68 ist durch die Justierschraube 90 bestimmt. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ohne Justiermöglichkeit liegt die Stützhülse 68 an einer gehäusefesten Schulter, beispielsweise einer Buchse 94 an.
-
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 3 und 5 ist der Stößel 58 des Proportionalmagneten 45 formschlüssig mit dem Ventilschieber 62 verbunden, so dass eine zug- und druckfeste Verbindung geschaffen ist. Bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird diese weitestgehend zugfeste und druckfeste Verbindung über eine Federvorspannung erreicht.
-
6 zeigt eine ähnliche Variante, bei der die Anlage zwischen Ventilschieber 62 und Stößel 58 über eine Federvorspannung bewirkt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Stößel 58 und der Ventilschieber 62 durch die Kraft der Rückführfeder 72 einerseits und der Kraft der Gegenfeder 66 andererseits gegeneinander vorgespannt, wobei der Ventilschieber 62 und der Stößel 58 stirnseitig aneinander anliegen. Der Stößel 58 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 mit einer umlaufenden Ringnut ausgeführt, in die ein scheibenförmiger Ring 96 eingesetzt ist, der in Radialrichtung auskragt und dessen Außendurchmesser in etwa dem Innendurchmesser der Stützhülse 68 entspricht, die ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel gemäß 3 stirnseitig an einer Stützschulter 64 und einer weiteren Schulter 98 abgestützt ist. Am Ring 96 liegt ein weiterer Federteller 100 an, an dem die Gegenfeder 66 angreift. Der Stellweg des Stößels 58 in der Darstellung nach 6 nach rechts ist durch eine Anschlagschulter 102 begrenzt, während der Stellweg nach links durch Auflaufen der Stützschulter 94 auf einen gehäuseseitigen Anschlag 104 begrenzt ist. Durch die Axialpositionierung des Rings 96 an der Stützhülse 68 kann die Vorspannung der Gegenfeder 66 und damit die gesamte Vorspannung der Federanordnung 72, 66 begrenzt werden.
-
Die Schultern 104, 64, 98 sind durch eine gestufte Aufnahmebohrung 106 ausgebildet, in die der Proportionalmagnet 45 eingeschraubt ist.
-
In der Darstellung gemäß 6 sichtbar ist des Weiteren noch eine Schraube 108, über die der Deckel 10 mit dem Gehäuseteil 8 verschraubt ist. Im Übrigen entspricht das in 6 dargestellte Ausführungsbeispiel den anhand der 1, 3 und 4 erläuterten Ausführungsbeispielen, so dass unter Bezugnahme auf die entsprechenden Erläuterungen auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet werden kann.
-
Zur Hubbegrenzung des Stellsystems kann zwischen dem Abstützteil 36 und dem Federteller 32 und / oder den Federtellern 52 und 54 jeweils eine Abstandshülse angeordnet werden, die den jeweiligen Kolben umgibt.
-
7 zeigt eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine 1, wobei der Schnittverlauf etwas anders als in 1 verläuft und des Weiteren eine detailreichere zeichnerische Darstellung vorliegt. Der Schnittverlauf ist so gewählt, dass der Gegenzylinder 22 in der Darstellung gemäß 7 unten liegt. Der Grundaufbau ist im Prinzip der gleiche wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das heißt, eine Triebwelle 2 ist über die Wellenlager (Wälzlager) 6 im Gehäuseteil 8 gelagert. Diese Triebwelle 2 trägt die Schwenkwiege 4, an der, wie eingangs erläutert, die den Arbeitsraum begrenzenden Kolben 14 abgleiten. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Triebwelle 2 eine Rückzugkugel 160 gelagert, an der eine auf die Kolben 14 wirkende Rückzugplatte 162 abgestützt ist. Diese ist über eine Zentralfeder 164 vorgespannt, so dass entsprechend die Rückzugplatte 162 und damit die Kolbenschuhe der Kolben 14 in Richtung ihrer Anlageposition an die Schwenkwiege 4 beaufschlagt sind. In der Darstellung gemäß 4 ist der Aufbau des Kugelgelenks 26 erkennbar, über das der Gegenkolben 24 mit der Schwenkwiege 4 verbunden ist. Diese ist in der Darstellung gemäß 7 in ihrer Stellung mit dem Schwenkwinkel 0° dargestellt, das heißt die Axialkolbenmaschine ist auf minimales Förder-/Schluckvolumen eingestellt.
-
Das Kugelgelenk 26 hat einen mit der Schwenkwiege 4 verbundenen Zapfen 166, der einen kugeligen Endabschnitt hat, der in kugelgelenkartigem Eingriff mit einem Gleitschuh 168 steht. Dieser liegt seinerseits gleitend an dem Federteller 32 an, der auf den gleitschuhseitigen Endabschnitt des Gegenkolbens 24 aufgesetzt ist. Wie erläutert, ist der Gegenkolben 24 in Richtung seiner Grundposition durch die Kraft der Stellfeder 30 beaufschlagt, die einerseits am Federteller 32 abgestützt ist und andererseits an dem verschiebbaren Federteller 54 angreift, der beim Einfahren des Gegenkolbens 24 in Anlage an eine Gehäuseschulter 170 gelangt. Gemäß der Darstellung in 7 hat der Gegenkolben 24 eine Axialbohrung 172, die einerseits im Druckraum 28 des Gegenzylinders 22 mündet und andererseits in Druckmittelverbindung mit einer Schrägbohrung 174 steht, die den Boden des Abstützteils 36 durchsetzt und in einem Entlastungsfeld 176 in der benachbarten Stirnfläche des Gleitschuhs 168 mündet. Dementsprechend ist dieses Entlastungsfeld 176 mit dem Druck im Druckraum 28, somit dem Hochdruck HD, beaufschlagt. Dieses Entlastungsfeld 176 ist dann seinerseits über eine Zentralbohrung 178 des Gleitschuhs 168 und einem damit in Druckmittelverbindung stehenden Zapfenkanal 180 mit einem Kanalsystem der Schwenkwiege 4 verbunden, über das weitere Entlastungsfelder mit Druckmittel versorgt werden, über die beispielsweise der vorbeschriebene Stellzylinder 38 und die Arbeitszylinder mit den Kolben 14 druckentlastet werden, so dass die über den Hochdruck und die entsprechenden Stellelemente, Kolben aufgebrachten Kräfte, die auf Schwenkwiege 4 wirken zumindest teilweise kompensiert sind.
-
Die Schrägbohrung 174 läuft in den Schnitt gemäß 7 etwas nach unten aus der Schnittebene heraus, so dass sich in diesem Schnittverlauf eine konische Darstellung ergibt.
-
Weitere Einzelheiten des Federtellers 32 werden anhand der 8a, 8b erläutert. Wie vorstehend erwähnt, ist an diesem Federteller 32 auch die Rückführfeder 72 des Regelventils 44 abgestützt. Dementsprechend hat der Federteller 32 den in den 8a, 8b dargestellten relativ komplexen Aufbau mit einer Koppelhülse 182, in die der Gegenkolben 24 eingeschraubt ist. Gemäß dem Schnitt B-B in 8b hat die Koppelhülse 182 eine Gewindeaufnahme 184 zur Aufnahme des entsprechend mit einem Außengewinde versehenen Endabschnitts des Gegenkolbens 24. Diese Koppelhülse 182 ist an dem eingangs erläuterten Federtellerabschnitt 74 ausgebildet. An dem demgegenüber etwas versetzten Federtellerabschnitt 76 (siehe 3) ist dann die in 8a angedeutete Rückführfeder 72 des Regelventils 44 abgestützt. Der Führungsstift 78 durchsetzt, wie in 3 angedeutet, den Durchbruch 80 des Federtellerabschnitts 76 koaxial zur Achse der Rückführfeder 72, so dass das Abstützteil 36 gegen Verdrehung im Gehäuse 8 gesichert ist. Wie anhand 7 erläutert, ist im Boden des Abstützteils 36, genauer gesagt in einem Boden 186 des Federtellerabschnitts 74 die Schrägbohrung 174 ausgebildet, deren gegenkolbenseitiger Mündungsbereich in Fluidverbindung mit der Axialbohrung 172 des Gegenkolbens 24 steht und somit in der Darstellung gemäß 8b etwa im Bereich in der strichpunktiert angedeuteten Achse 188 in der Gewindeaufnahme 184 mündet. Der davon entfernte Endabschnitt der Schrägbohrung 174 mündet versetzt zur Achse 188 näher zur Triebwerksachse hin. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Achse der Schrägbohrung 174 zur Achse 188 des Gegenkolbens 24 um etwa 22° angestellt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der stirnseitige Mündungsbereich der Schrägbohrung 174 bei jedem Schwenkwinkel der Schrägachsen im gestrichelt angedeuteten Entlastungsfeld 176 des Gleitschuhs 168 mündet. Wie eingangs erläutert, kann auf diese Weise der Versatz der Achsen des Gegenzylinders 22 bzw. des Stellzylinders 38 mit Bezug zum Axialabstand der genannten Anschläge kompensiert werden, ohne dass es einer Vergrößerung des Schwenkwiegendurchmessers bedarf. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schrägbohrung 174 als durchgehender Kanal ausgeführt, selbstverständlich sind auch andere Bauformen möglich.
-
In der Darstellung gemäß 7 ist noch ein Leckageanschluss 110 dargestellt, der in Druckmittelverbindung mit dem Raum steht, in dem die Schwenkwiege 4 und die Zylindertrommel 12 angeordnet ist.
-
In 9 ist der maximale Schwenkwinkel der Axialkolbenmaschine im Motorbetrieb dargestellt. Mit diesem Schwenkwinkel ist der Gegenkolben 24 vollständig eingefahren. Man erkennt deutlich, dass bei einer Ausbildung der „Schrägbohrung“ koaxial zur Axialbohrung 172 des Gegenkolbens 24 diese Bohrung außerhalb des Entlastungsfeldes 176 münden würde. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Schrägbohrung 174 mit der zur Achse der Triebwelle 2 hin versetzten Mündung kann die Druckmittelversorgung des Entlastungsfelds 176 ohne Vergrößerung des Schwenkwiegendurchmessers sicher gestellt werden.
-
10 zeigt eine entsprechende Darstellung mit dem maximalen Schwenkwinkel im Pumpenbetrieb. In dieser Position ist die Schwenkwiege 4 über null in die andere Richtung ausgeschwenkt, wobei dann der Gegenzylinder 24 vollständig ausgefahren ist, bis die Schwenkwiege an ihrem Anschlag anliegt. In dieser Position ist der Ersatz der Gegenkolbenachse mit Bezug zum Entlastungsfeld noch deutlicher wie bei der zuvor beschriebenen Variante. Durch die Schrägstellung der Schrägbohrung 174 ist die Druckmittelversorgung des Entlastungsfelds 176 jedoch ohne weiteres möglich, ohne dass die Geometrie der Schwenkwiege geändert werden muss.
-
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine kann, wie erläutert, als Pumpe oder als Motor betrieben werden. Sie ist insbesondere auch in sogenannten Hybridfahrzeugen, zum Beispiel in einem Personenkraftwagen, mit einem Verbrennungsmotor und einem hydraulischen Antriebsstrang inklusive Hydropumpe, Hydrospeicher und den zwei Hydromotoren zwischen dem Verbrennungsmotor und einer Achse als Hydropumpe oder Hydromotor einsetzbar.
-
Offenbart ist eine verstellbare Axialkolbenmaschine, bei der ein Entlastungsfeld über einen exzentrisch zu einer Gegenkolbenachse mündenden Entlastungsfluidpfad mit Hochdruck beaufschlagt ist.
-
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 102008038435 A1 [0002]
- DE 10063526 C1 [0005]
- DE 10017780 B4 [0006, 0006]
