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Die Erfindung betrifft eine verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige Axialkolbenmaschine hat eine Triebwelle, die in einem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Mit der Triebwelle ist eine Zylindertrommel mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten drehfest verbunden. Dabei sind die Kolben an einer Kolbengleitfläche einer verstellbaren Schrägscheibe, die wegen der Verschwenkbarkeit auch Schwenkwiege genannt wird, abgestützt. Die Schwenkwiege ist über ein Schwenklager um eine Schwenkachse schwenkbar im Gehäuse gelagert. Dabei ist die Verstellbarkeit der Maschine über die Änderung eines Schwenkwinkels der Schwenkwiege realisiert. Hierfür weist die Axialkolbenmaschine zwei Stelleinrichtungen auf, von denen eine erste stellend und eine zweite rückstellend auf die Schwenkwiege einwirkt. Beide Stelleinrichtungen greifen dabei über Anlenkpunkte an der Schwenkwiege an, die beide auf einer gemeinsamen Seite einer von der Drehachse der Triebwelle und der Schwenkachse der Schwenkwiege oder von deren Parallelverschiebungen aufgespannten Ebene angeordnet sind. Die Stelleinrichtungen sind vorteilhafter Weise einander gegenüberliegend angeordnet, wodurch Stellkräfte der Stelleinrichtungen zumindest bei konstantem Schwenkwinkel kompensiert sind. Als Lagerkräfte treten im Schwenklager somit nur noch Abstützkräfte der an der Schrägscheibe abgestützten Kolben auf. Die so verringerten Lagerkräfte im Schwenklager ermöglichen geringe Stellkräfte der Stelleinrichtungen und führen somit zu deren vergleichsweise kleiner Größe, was sich wiederum positiv auf die Kosten und den benötigten Bauraum der Axialkolbenmaschine auswirkt.
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Eine derartige Axialkolbenmaschine zeigt das US-amerikanische Patent mit der Nummer
US 5,794,515. Die darin auf die Schwenkwiege einwirkenden beiden Stelleinrichtungen lenken die Schwenkwiege an abgerundeten Stirnseiten eines an der Schwenkwiege quer zur Kolbengleitfläche angeordneten Anlenkzapfens an. Die beiden Stelleinrichtungen sind dabei derart angeordnet, dass deren Stellkolben zueinander fluchtende Längsachsen aufweisen. Aufgrund der Ausdehnung des an der Schwenkwiege angeordneten Anlenkzapfens kommt es beim Verschwenken der Schwenkwiege zu einem resultierenden Drehmoment, das dafür sorgt, dass die Schwenkwiege vom Schwenklager ein abhebendes Moment erfährt.
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Nachteilig daran ist, dass in Betriebszuständen der Axialkolbenmaschine, in denen die Schwenkwiege nicht über die an der Kolbengleitfläche abgestützten Kolben oder Zylinder der Zylinder-Kolben-Einheiten auf das Schwenklager gedrückt wird, ein Aushebeln der Schwenkwiege vom Schwenklager droht, was zu einer Fehlfunktion der Axialkolbenmaschine führen kann.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise zu schaffen, deren Schwenkwiege bei gleichbleibend kleinen Schwenklagerkräften besser gegen ein Abheben vom Schwenklager gesichert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 10 beschrieben.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine hat eine insbesondere ein einem Gehäuse gelagerte Triebwelle, mit der eine Zylindertrommel drehfest verbunden ist. In Zylinderbohrungen der Zylindertrommel sind Kolben längsgeführt, die sich an einer Kolbengleitfläche abstützen, die an einer Schwenkwiege ausgebildet ist. Die Schwenkwiege ist dabei insbesondere im Gehäuse an einem Schwenklager schwenkbar gelagert und weist zur Verstellung ihres Schwenkwinkels zwei Anlenkpunkte auf, die gemeinsam auf einer Seite einer von einer Drehachse der Triebwelle und von einer Schwenkachse der Schwenkwiege – oder von deren Parallelverschiebungen – aufgespannten Ebene angeordnet und mit einander entgegenwirkenden Stelleinrichtungen gekoppelt sind. Erfindungsgemäß ist über einen der Anlenkpunkte für zumindest einen Wert des Schwenkwinkels ein zum anderen Anlenkpunkt beabstandeter Drehpunkt gebildet, mit dem aus einer Stellkraft der mit dem anderen Anlenkpunkt gekoppelten Stelleinrichtung ein hin zum Schwenklager wirksames Drehmoment auf die Schwenkwiege resultiert.
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Somit wird die Schwenkwiege über das Drehmoment ins, beziehungsweise ans Schwenklager gedrückt, wodurch zumindest für diesen Schwenkwinkelwert sichergestellt ist, dass die Schwenkwiege selbst in einem Betriebszustand druckloser Zylinder-Kolben-Einheiten – wenn also die Schwenkwiege nicht von den an der Kolbengleitfläche abgestützten Kolben ins oder ans Schwenklager gedrückt wird – sicher in einer bestimmungsgemäßen Position in oder am Schwenklager gelagert ist.
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Der Schwenkwinkelwert ist bevorzugt einer, der in diesem Betriebszustand bestimmungsgemäß, beziehungsweise konzeptionell vorgegeben ist. Er ist besonders bevorzugt der einer Grund- oder Neutralstellung der Schwenkwiege. Er beträgt beispielsweise etwa 0°, wobei die Kolbengleitfläche dann in einem Winkel von etwa 90° zur Drehachse angestellt ist, beziehungsweise die Zylinder-Kolben-Einheiten ein Verdrängungsvolumen von etwa 0 aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Anlenkpunkte auf nur einer Seite der Ebene hat gegenüber einer beidseitigen Anordnung den Vorteil, dass sich die entgegenwirkenden Stellkräfte der Stelleinrichtungen, also die Stell- und Rückstellkraft, zumindest im stationären Betrieb, wenn der Schwenkwinkel konstant bleibt, gegenseitig kompensieren. Dadurch ergeben sich gesamthaft geringere Lagerkräfte am Schwenklager, die nur noch aus der Abstützung der Kolben an der Kolbengleitfläche resultieren. Da dadurch Reibungskräfte im Schwenklager bei der Verstellung des Schwenkwinkels kleiner sind, können die Stelleinrichtungen generell schwächer und damit auch kleiner, kostengünstiger und bauraumsparender ausgelegt sein.
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Eine der Stelleinrichtungen lenkt die Schwenkwiege stellend an und ist hierzu bevorzugt mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung der Axialkolbenmaschine verbunden, über die ein Sollwert, beispielsweise ein Pumpendruck, steuer- oder regelbar ist, wohingegen die andere der Stelleinrichtungen die Schwenkwiege bevorzugt passiv rückstellend anlenkt und hierfür bevorzugt eine ungeregelte Rückstellvorrichtung, beispielsweise eine Feder aufweist. Alternativ sind beide Stelleinrichtungen mit der Steuer- oder Regeleinrichtung der Axialkolbenmaschine verbunden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Drehpunkt sogar über ein Intervall des Schwenkwinkels hinweg ausgebildet, so dass nicht nur beim zumindest einen Schwenkwinkelwert, sondern über das ganze Intervall die Schwenkwiege wie vorbeschrieben im Schwenklager gehalten ist. Das Intervall umfasst bevorzugt einige oder alle Werte des Schwenkwinkels, die für einen bestimmungsgemäßen Betrieb der Axialkolbenmaschine vorgesehen sind. Für über 0° durchschwenkbare Schwenkwiegen umfasst das Intervall bevorzugt sowohl den negativen als auch den positiven Wertebereich.
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Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind die Stelleinrichtungen in Richtung der Drehachse der Triebwelle im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet, wodurch die Schwenkwiege auf vorrichtungstechnisch einfache Weise von beiden Stelleinrichtungen mit Druckkräften anlenkbar ist. Über diese Art der Anordnung ist es möglich, mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand kleine Querversätze zu realisieren.
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Besonders bevorzugt sind die Anlenkpunkte über Stellelemente der Stelleinrichtungen ausgebildet, wobei Längsachsen der Stellelemente für den zumindest einen Wert des Schwenkwinkels, oder darüber hinaus für das Intervall des Schwenkwinkels, zueinander einen Querversatz aufweisen. Insbesondere im letztgenannten Fall ist es möglich, dass der Querversatz in Abhängigkeit des Schwenkwinkels veränderbar ist.
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Das Stellelement ist bevorzugt ein Stellkolben, der in einer gehäusefesten Zylinderbohrung geführt ist. Über den Stellkolben und die Zylinderbohrung ist so zumindest abschnittsweise ein Druck- oder Steuerraum begrenzt, der zur Erzeugung der Stellkraft mit Druckmittel beschickbar ist. Besonders bevorzugt ist zumindest die vorbeschriebene stellende Stelleinrichtung derart ausgebildet und über die Steuer- oder Regeleinrichtung mit Druckmittel beschickbar. Die andere, rückstellende Stelleinrichtung kann ebenso derart ausgestaltet sein und ist dann bevorzugt mit einer Druckmittequelle, insbesondere einer Hochdruckleitung verbunden. Alternativ dazu ist aber auch möglich, dass sie über die Steuer- oder Regeleinrichtung mit Steuerdruckmittel beschickbar ist. Die hydraulische Anlenkung der Schwenkwiege erweist sich als vorrichtungstechnisch einfach und kostengünstig und ermöglicht zudem eine hohe Dynamik der Verstellung.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich, wenn der Stellkolben in der Zylinderbohrung nicht koaxial geführt sondern stattdessen gegen eine Längsachse der Zylinderbohrung verkippbar ist. Dadurch ist der Stellkolben im Wesentlichen querkraftfrei in der Zylinderbohrung bewegbar. Besonders bevorzugt ist ein Kolbenkopf des Stellkolbens etwa kalotten-, kugel- oder kugelabschnittförmig ausgebildet, wodurch seine Verkippung gut ermöglicht ist. Zur Abdichtung des hydrostatischen Steuerraums der Stelleinrichtung weist der Kolbenkopf bevorzugt einen Kolbenring auf, der bevorzugt eine kugel- oder kalottenabschnittförmige Außenfläche hat. Diese ist bevorzugt mit der Zylinderbohrung dichtend in Anlage bringbar, so dass eine Leckage aus dem hydrostatischen Steuerraum gering und ein Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine erhöht ist.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Anlenkpunkte nahe einer parallel zur Kolbengleitfläche angeordneten Ebene, in der die Schwenkachse liegt, angeordnet. Dann ist ihr Abstand zur Schwenkachse – und damit ihr Hebel – maximal, wodurch die benötigten Stellkräfte minimal sind. Zudem ergibt sich dann für ein Schwenkwinkelintervall, dass die Neutralstellung von 0° umfasst, eine minimierte Verkippung der Stellkolben in der Zylinderbohrung. Dadurch sind einerseits die Reibung des Stellkolbens oder Kolbenrings in der Zylinderbohrung und der damit verbundene Verschleiß und andererseits eine Leckage aus dem Steuerraum heraus minimierbar.
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Kolbenflächen der Stellkolben sind bei zwei Varianten der Erfindung bevorzugt im Wesentlichen gleich groß oder verschieden groß, wodurch sich im ersten Fall eine Gleichgangverstellung und im zweiten Fall eine Differentialverstellung der Schwenkwiege ergibt.
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Eine vorrichtungstechnisch besonders einfache Anlenkung ergibt sich durch eine Weiterbildung, bei der insbesondere zur Ausbildung der Anlenkpunkte über einen Gelenkabschnitt des Stellelements und einen Gelenkabschnitt der Schwenkwiege ein zumindest Druckkräfte übertragendes Drehgelenk ausgebildet ist. Bevorzugt weist hierfür einer der Gelenkabschnitte, besonders bevorzugt derjenige des Stellelements, eine Kugelkalotte und der andere Gelenkabschnitt der Schwenkwiege eine entsprechende Kugelkalottenausnehmung auf, oder umgekehrt. Alternativ zum kugel- oder kalottenförmigen Gelenk kann dieses als Scharniergelenk ausgebildet sein, wobei die Gelenkabschnitte eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweisen.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung sind die Gelenkabschnitte derart ausgebildet, dass sie zudem Zugkräfte übertragen können und somit lagegesichert sind.
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Zu diesem Zweck weist der konkave der Gelenkabschnitte bevorzugt einen Kragen auf, von dem der andere gelenkbildende, konvexe Gelenkabschnitt hintergriffen ist.
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Sollte keine derartige Lagesicherung der genannten Gelenkpartner vorgesehen sein, so erweist sich eine Weiterbildung als vorteilhaft, bei der die Gelenkpartner derart ausgestaltet sind, dass neben Druck- auch Zugkräfte zwischen der Schwenkwiege und der oder den Stelleinrichtungen übertragen werden können. Dadurch wird verhindert, dass die Gelenkpartner bei fehlender Stellkraft getrennt werden.
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Eine vorrichtungstechnisch besonders einfache Lagesicherung des Stellelements an der Schwenkwiege ergibt sich, wenn das Stellelement über eine Federvorrichtung, die insbesondere eine Druckfeder aufweist, am Gehäuse oder an einem anderen gehäusefesten Teil abgestützt ist. In Folge kann auf die zugfeste, vorrichtungstechnisch aufwändige Verbindung des Stellelements mit der Schwenkwiege verzichtet werden, da die Federvorrichtung das Stellelement permanent an die Schwenkwiege drückt. Alternativ oder ergänzend dazu kann die Federvorrichtung auch eine Zugfeder aufweisen, die ebenso dazu führt, dass das Stellelement an die Schwenkwiege gedrückt wird. Weisen beide Stelleinrichtungen derartige Federvorrichtungen auf, so ist über sie auf vorrichtungstechnisch einfachste Weise zudem eine Neutral- oder Grundstellung der Schwenkwiege definierbar.
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Eine vorrichtungstechnisch besonders einfache und kompakte Lagesicherung ergibt sich in einer Weiterbildung, bei der der Stellkolben über die Federvorrichtung an einem Boden oder einer radialen Verengung der gehäusefesten Zylinderbohrung abgestützt ist. Das bedeutet, dass die Federvorrichtung zumindest abschnittsweise in der Zylinderbohrung aufgenommen und so gegen Beschädigung oder Verlust geschützt ist.
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Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine anhand von zwei Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in einem Längsschnitt und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in einem Längsschnitt.
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Der in 1 gezeigte Längsschnitt ist auf den zur Darstellung der Erfindung relevanten Bereich einer Axialkolbenmaschine 1 beschränkt. Diese hat eine Triebwelle 2, die über nicht dargestellte Wälzlager in einem ersten Gehäuseteil 4 eines Gehäuses 6 um eine Drehachse 8 drehbar gelagert ist. Mit der Triebwelle 2 ist eine Zylindertrommel 10, in der eine Vielzahl von Kolben 12 axial verschiebbar in Zylinderbohrungen (nicht dargestellt) geführt sind, drehfest verbunden. Diese Kolben 12 begrenzen jeweils mit einer Zylinderbohrung (nicht dargestellt) der Zylindertrommel 10 einen Arbeits- beziehungsweise Verdrängerraum (nicht dargestellt). Eine Zufuhr des Druckmittels in die Arbeitsräume und dessen Entlassung aus den Arbeitsräumen wird während der Rotation der Triebwelle 2 von einer gehäusefesten Steuerplatte 14 gesteuert.
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Aus der Zylindertrommel 10 hervorragende Kolbenköpfe 16 der Kolben 12 sind über Gleitschuhe 18 an einer Kolbengleitfläche 20 abgestützt. Die Kolbengleitfläche 20 ist an einer Schwenkwiege 22 angeordnet und über diese an einem Schwenklager 24 an einem weiteren Gehäuseteil 26 gelagert, so dass sie um eine Schwenkachse 28, die sich in die Betrachtungsebene der 1 hinein erstreckt, schwenkbar ist. Das Schwenklager 24 ist dabei als Gleitlager ausgeführt, kann jedoch auch als Wälz- insbesondere Zylinderrollenlager ausgeführt sein.
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Zur Änderung des Schwenkwinkels α der Schwenkwiege 22 weist die Axialkolbenmaschine 1 zwei einander entgegenwirkende Stelleinrichtungen 28, 30 auf. Beide, 28, 30 sind dabei als Zylinder-Kolbeneinheit mit einem in einer Zylinderbohrung 32, 34 axial verschieblich angeordneten Stellelement beziehungsweise Stellkolben 36, 38 ausgebildet. Beide Stellkolben 36, 38 haben jeweils einen Kolben 40, 42, an dem eine Kolbenstange 44, 46 ansetzt. An einem Endabschnitt der Kolbenstange 44, 46 weist diese einen kugel- beziehungsweise kalottenförmigen Gelenkabschnitt 48, 50 auf. Beide Gelenkabschnitte 48, 50 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten eines Schwenkhebels 52 in einer Gelenkaufnahme 54, 56 aufgenommen. Die Gelenkaufnahme 54, 56 weist dabei einen Kragen auf, von dem der kugelförmige Gelenkabschnitt 48, 50, der sich hin zur Kolbenstange 44, 46 verjüngt, hintergriffen ist. Auf diese Weise sind die Gelenkabschnitte 48, 50 sowohl zug- als auch druckfest und drehbar in den Gelenkaufnahmen 54, 56 festgelegt. Beide Kolben 40, 42 sind im Wesentlichen plattenartig ausgestaltet und weisen die Form eines symmetrischen Kugelabschnitts auf, wobei sie mit ihrer kugelabschnittförmigen Oberfläche an einer Innenmantelfläche der Zylinderbohrungen 32 beziehungsweise 34 anliegen. Die Kolben 40, 42 sind somit in ihren Zylinderbohrungen 32, 34 zwar axial geführt, jedoch ist eine Verkippung ihrer Längsachsen 58 beziehungsweise 60 gegen Längsachsen der Zylinderbohrungen 32, 34 ermöglicht. Auf diese Weise sind die Kolben 40, 42 im Wesentlichen querkraftfrei in den Zylinderbohrungen 32, 34 gelagert.
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Beide Kolben 40, 42 begrenzen jeweils mit ihrer zugeordneten Zylinderbohrung 32 beziehungsweise 34 einen hydrostatischen Druckraum 86 beziehungsweise 87, der mit Druckmittel beschickt oder beaufschlagt werden kann. Für die erste Stelleinrichtung 28 resultiert aus der Beschickung eine Stellkraft, die in 1 durch den am Kolben 40 ansetzenden Pfeil symbolisiert wird. Diese Stellkraft weist gemäß 1 in eine Richtung, die von der Schwenkwiege 22 auf das Schwenklager 24 gerichtet ist. Die Beschickung des Druckraumes 87 des Kolbens 42 hingegen erzeugt am Kolben 42 eine Stellkraft, die eine etwa entgegengesetzte Wirkrichtung aufweist, und die etwa vom Schwenklager 24 hin zur Schwenkwiege 22 gerichtet ist. Zur Erzeugung der Stellkraft ist der Druckraum 86 der ersten Stelleinrichtung 28 mit einer nicht dargestellten Regeleinrichtung verbunden, über die er mit Druckmittel beschickbar oder über die aus ihm Druckmittel entlassbar ist. Dem entgegenwirkend ist der Druckraum 87 des Kolbens 42 über eine nicht dargestellte Druckmittelverbindung mit einer Hochdruckleitung der Axialkolbenmaschine 1 verbunden. Folglich stellt sich im Druckraum 86 des Kolbens 40 ein Steuerdruck pA ein und der Kolben 42 ist mit dem Hochdruck pHD beaufschlagt.
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Ermittelt die Regeleinrichtung den Bedarf, das geometrische Hubvolumen der Zylinderkolbeneinheiten zu erhöhen, so wird der Druckraum 86 mit Druckmittel beschickt. Folglich kommt es zu einem Kräfteungleichgewicht der beiden Stelleinrichtungen 28, 30 und die Schwenkwiege 22 schwenkt bis zum Schwenkwinkel α aus, was in 1 durch die neue Position 20’ der Kolbengleitfläche 20 gezeigt ist. Der Schwenkwinkel α ist eingestellt, sobald der Druckraum 86 von der Regeleinrichtung nicht mehr mit Druckmittel beschickt wird, der Regelvorgang also beendet ist und ein Kräftegleichgewicht oder besser gesagt ein Momentengleichgewicht erreicht ist.
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Soll das geometrische Hubvolumen der Axialkolbenmaschine 1 wieder verringert werden, so sorgt die Regeleinrichtung dafür, dass Druckmittel aus dem Druckraum 86 abgeführt wird. Folglich verringert sich der Schwenkwinkel α und die Schwenkwiege 22 schwenkt zurück.
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In 1 ist gut zu erkennen, dass Längsachsen 58, 60 der Stellkolben 36, 38 der Stelleinrichtungen 28, 30 zueinander einen Versatz aufweisen. Aus dem Versatz und den einander entgegenwirkenden Stellkräften der Stelleinrichtungen 28, 30 resultiert ein in 1 durch einen kreisförmigen Pfeil repräsentiertes Drehmoment um einen Anlenkpunkt 62 der Stelleinrichtung 30. Dieses Drehmoment bewirkt, dass die Schwenkwiege 22 mit einer Kraft ans beziehungsweise ins Schwenklager 24 gedrückt wird. Dies erweist sich insbesondere für Schwenkwinkel oder Betriebszustände der Axialkolbenmaschine 1 als besonders vorteilhaft, in denen die Kolben 12 beziehungsweise die Zylinderkolbeneinheiten drucklos geschaltet sind, wodurch eine Anpresskraft der Kolben 12 auf die Kolbengleitfläche 20 beziehungsweise 20’ wegfällt. In diesen Betriebszuständen könnte es passieren, dass die Schwenkwiege 22 ihre betriebssichere Position im Schwenklager 24 verlässt. Dies wird durch das Drehmoment beziehungsweise durch die erfindungsgemäße Anordnung der Anlenkpunkte 62, 64 verhindert.
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Das zweite Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine 101 gemäß 2 ist ebenfalls in einem Längsschnitt dargestellt, der auf den zur Darstellung der Erfindung relevanten Bereich beschränkt ist. Da die Komponenten der Triebwelle, der Steuerplatte, der Zylindertrommel, der Kolben, Kolbenfüße, Gleitschuhe gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 unverändert sind, wird in 2 auf deren Darstellung verzichtet. Die Axialkolbenmaschine 101 unterscheidet sich vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 im wesentlichen durch eine veränderte Gelenkverbindung der Stellelemente der Stelleinrichtungen mit der Schwenkwiege und einer verbesserten Abdichtung der Steuerräume der Stelleinrichtungen.
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In 2 gut zu erkennen ist, dass ein Schwenkhebel 152 einer Schwenkwiege 122, anders als in 1, unterhalb der Drehachse 8 der Triebwelle angeordnet ist. Eine Stelleinrichtung 128 ist auf der Seite eines Gehäuseteils 104 und eine Stelleinrichtung 130 auf der Seite eines Gehäuseteils 126 angeordnet. Somit sind die Stelleinrichtungen 128, 130 auch bei diesem Ausführungsbeispiel einander gegenüberliegend auf verschiedenen Seiten der Kolbengleitfläche 20 angeordnet. In der in 2 dargestellten Null- oder Neutralposition der Schwenkwiege 122 weisen die Längsachsen 58, 60 der Stelleinrichtungen 128, 130 einen durch einen Bemaßungspfeil angezeigten Querversatz auf, der in Zusammenwirkung mit den Stellkräften der Stelleinrichtungen 128, 130 analog zur vorangegangenen Beschreibung in einem Drehmoment resultiert, durch das die Schwenkwiege 122 um den Anlenkpunkt 62 der Stelleinrichtung 130 in ihr Schwenklager 24 gedrückt wird.
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Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 weisen Kolbenstangen 144, 146 von Stellkolben 136, 138 der Stelleinrichtungen 128, 130 einen sich hin zum Schwenkhebel 152 hin verjüngenden Querschnitt auf. Endabschnitte der Kolbenstangen 144, 146 sind als Gelenkabschnitte 148, 150 ausgebildet, die kugel- oder kalottenförmig ausgestaltet sind. Anders als beim ersten Ausführungsbeispiel weisen diese in Richtung weg vom Schwenkhebel 152 allerdings keine Verjüngung auf, sondern erstrecken sich in dieser Richtung etwa zylindrisch. Daher sind die Gelenkabschnitte 148, 150 nicht von einem Kragen (vergleiche 1) hintergreifbar, wodurch die Gelenkverbindungen der Gelenkabschnitte 148, 150 mit dem Schwenkhebel 152 keine Zugkräfte sondern lediglich Druckkräfte übertragen können.
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Um im Falle von Drucklosigkeit der Steuerräume der Stelleinrichtungen 128, 130 ein Lösen der Gelenkverbindungen zu verhindern, sind die Stellkolben 136, 138 jeweils über eine Federvorrichtung 170 beziehungsweise 172 am entsprechenden Gehäuseteil 104 beziehungsweise 126 abgestützt. Dabei umfasst die Federvorrichtung 170 der Stelleinrichtung 128 lediglich eine einfache Druckfeder, wohingegen die Federvorrichtung 172 der Stelleinrichtung 130 eine Druckfeder und zusätzlich einen gehäuseseitigen Federteller 174 aufweist, über den die Druckfeder am Gehäuseteil 126 abgestützt ist. Der Federteller 174 ist dabei von einer hin zum Kolben 142 konkav geformten Durchgangsausnehmung 176 durchsetzt, die von der Kolbenstange 146 durchgriffen ist. Die Druckfeder der Federvorrichtung 172 ist an ihrem zum Schwenkhebel weisenden Endabschnitt an einem einstückig mit dem Stellkolben 138 ausgebildeten Federteller 178 abgestützt, der in Richtung des Schwenkhebels 152 zum vorbeschriebenen Gelenkabschnitt 150 verjüngt ist.
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Die Druckfeder der Federvorrichtung 170 ist mit einem Endabschnitt in einer die Zylinderbohrung 132 weiter vertiefenden Sacklochbohrung 180 im Gehäuseteil 104 und mit ihrem anderen, gegenüberliegenden Endabschnitt in einer im Wesentlichen becher- oder konusförmigen Vertiefung 182 im Kolben 140 festgelegt. In der Sacklochbohrung ist sie dabei an einem Boden 181 abgestützt. Diese Becherform ermöglicht dabei im Falle einer Verstellung des Schwenkwinkels α aus der Neutralposition von 0° heraus, dass die Druckfeder die aus der Verstellung resultierende Verkippung der Längsachse 58 des Stellkolbens 136 mit einem möglichst großen Biegeradius auf der Seite des Kolbens 140 ausgleichen kann. Dies hat zum Vorteil, dass aus der Verkippung und der Federkraft resultierende Quer- und damit Reibungskräfte des Stellkolbens 136 in seiner Zylinderbohrung 132 gering sind. Zur Verbesserung der Abdichtung eines vom Kolben 140 und der Zylinderbohrung 132 begrenzten Steuer- beziehungsweise Druckraumes 186 weist der Kolben 140 eine Umfangsnut auf, in der ein Kolbenring 184 eingesetzt ist. Dieser weist, um die Verkippung des Kolbens 140 zu ermöglichen und zur Minimierung der dabei auftretenden Reibung eine im Wesentlichen kugelabschnittförmige Außenmantelfläche auf, die mit der Innenmantelfläche der Zylinderbohrung 132 in Anlage ist. Die Druckmittelversorgung des Druckraum 186, das heißt die Beschickung mit Druckmittel und dessen Abfuhr, erfolgt über die Regeleinrichtung (nicht dargestellt) wie es bereits im ersten Ausführungsbeispiel für den Druckraum 86 (vergleiche 1) beschrieben wurde.
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Ebenfalls analog zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Stelleinrichtung 128 entgegenwirkend ein vom Kolben 142 begrenzter Druckraum 187 der Stelleinrichtung 130 über eine nicht dargestellte Druckmittelverbindung mit einer Hochdruckleitung der Axialkolbenmaschine 101 verbunden. Dadurch steht im Druckraum 187 der Hochdruck pHD an.
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Der Federteller 174 hat eine Radialschulter 188, die radial gegen die Zylinderbohrung 134 erweitert ist und an der in axialer Richtung eine erste Ringstirnfläche 190 ausgebildet ist, über die der Federteller 174 axial am Gehäuseteil 126 abgestützt ist. Zur radialen Zentrierung des Federtellers 174 in der Zylinderbohrung 134 weist dieser einen ersten Axialabschnitt auf, der sich ausgehend von der ersten Ringstirnfläche 190 in die Zylinderbohrung 134 hinein erstreckt. An der Radialschulter 188 in entgegengesetzter axialer Richtung ist eine zweite Ringstirnfläche 192 angeordnet, an der wiederum die Druckfeder der Federvorrichtung 172 abgestützt ist. Diese Druckfeder ist somit zwischen der zweiten Ringstirnfläche 192 und dem Federteller 178 eingespannt. Dabei ist ein Außenradius des zweiten axialen Abschnitts des Federtellers 174 kleiner als ein Innenradius der Druckfeder, so dass diese mit der zweiten Ringstirnfläche 192 in Anlage bringbar ist. Da der Federteller 178 mit dem Stellkolben 138 einstückig ausgebildet ist, ist ein Innendurchmesser der Druckfeder zumindest minimal größer als ein Außendurchmesser des Kolbens 142, so dass die Feder bei ihrer Montage über den Kolben 142 schiebbar und in Anschlag mit dem Federteller 178 bringbar ist. Der Federteller 174 weist entlang seiner kompletten Länge einen Radialschlitz 194 auf, dessen Durchmesser größer als der kleinste Durchmesser der Kolbenstange 146 ist, so dass der Federteller 174 zur Montage seitlich auf die Kolbenstange 146 aufgeschoben werden kann.
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Die Axialkolbenmaschine 1; 101 kann als Axialkolbenpumpe und/oder als Axialkolbenmotor ausgebildet sein.
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Offenbart ist eine verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einer Schwenkwiege, die zur Verstellung ihres Schwenkwinkels von zwei einander entgegenwirkenden Stelleinrichtungen angelenkt wird. Erfindungsgemäß sind zwei Anlenkpunkte der Stelleinrichtungen für zumindest einen Schwenkwinkelwert derart zueinander beabstandet, dass über einen ersten der Anlenkpunkte ein Drehpunkt ausgebildet ist, aus dem mit einer Stellkraft der mit dem anderen Anlenkpunkt gekoppelten Stelleinrichtung ein hin zum Schwenklager wirksames Drehmoment resultiert.
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Eine erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine ist mit besonderem Vorteil als Komponente eines hydraulischen Hybridantriebs in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Personenkraftfahrzeug verwendbar. In Fahrzeugen kommt es in besonderer Weise auf eine sichere Funktion an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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