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Die Erfindung betrifft eine Schrägscheibe, die für eine in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise vorgesehen ist und die eine zentrale Öffnung, zwei Lagerflächen, von denen jede die Form eines Teiles eines Kreiszylinders hat, durch den eine Schwenkachse definiert ist, und die sich bezüglich des zentralen Durchgangs gegenüberliegen, und eine Beaufschlagungsfläche für die Arbeitskolben der Axialkolbenmaschine aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Die Axialkolbenmaschine kann eine Pumpe oder ein Motor oder eine Maschine sein, die sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden kann.
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Die Schrägscheibe einer im Hubvolumen verstellbaren Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise besitzt Lagerflächen, die beidseits der für den Durchgang einer Triebwelle vorhandenen zentralen Öffnung angeordnet sind und mit denen sie auf entsprechenden gehäusefesten Lagerflächen verschwenkt werden kann. In die Lagerflächen hineingedrückt wird die Schrägscheibe durch die Kräfte, die von den Arbeitskolben auf sie ausgeübt werden. Dabei liegt der Angriffspunkt der resultierenden Axialkraft üblicherweise nicht über eine Lagerfläche, so dass sich die Schrägscheibe im Betrieb durchbiegt. Diese Durchbiegung führt zu einer hohen Kantenspannung, also zu einer hohen lokalen Belastung des Materials von sich gegeneinander bewegten Teilen. Diese lokale Belastung fördert die Reibung und den Verschleiß und begrenzt damit die Lebensdauer der Axialkolbenmaschine.
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Aus der
DE 10 2008 013 010 A1 ist eine Lageranordnung für die Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine bekannt, bei der die Schrägscheibe selbst oder das Gehäuse der Axialkolbenmaschine oder ein Lagerelement derart verformbar ausgebildet sind, dass eine Durchbiegung der Schrägscheibe für die zusammenwirkenden Lagerflächen ausgeglichen wird. Trotz einer Durchbiegung der Beaufschlagungsfläche, an der sich die Arbeitskolben an der Schrägscheibe abstützen, sollen also die Lagerflächen nicht gegeneinander verkanten.
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Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, eine Schrägscheibe zu schaffen, die auf einfache Weise hergestellt werden kann und die in oder an den Lagerflächen eine (in den natürlichen Grenzen) frei wählbare, unter Umständen auch negative Durchbiegung ermöglicht. Insbesondere soll die Schrägscheibe an den Laufflächen nur eine geringe durch Triebwerkskräfte verursachte Neigung zur Durchbiegung haben.
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Der Erfindung liegt außerdem die Zielsetzung zugrunde, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise zu schaffen, deren Schrägscheibe auf einfache Weise hergestellt werden kann und in oder an den Lagerflächen eine (in den natürlichen Grenzen) frei wählbare, unter Umständen auch negative Durchbiegung ermöglicht. Insbesondere soll die Schrägscheibe an den Laufflächen nur eine geringe durch Triebwerkskräfte verursachte Neigung zur Durchbiegung haben.
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Das angestrebte Ziel wird mit einer Schrägscheibe gemäß Patentanspruch 1 beziehungsweise mit einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß Patentanspruch 12 erreicht.
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Eine erfindungsgemäße Schrägscheibe umfasst wenigstens ein Lagerbauteil, an dem eine oder beide Lagerflächen ausgebildet sind, und eine Laufscheibe mit der Beaufschlagungsfläche für die Arbeitskolben, wobei die Laufscheibe nur in einem Auflagebereich über einer Lagerfläche von dem Lagerbauteil abgestützt ist. Bei einer solchen Schrägscheibe biegt sich nur die Laufscheibe aufgrund der an ihr angreifenden Kolbenkräfte durch. Die Laufscheibe stützt sich am Lagerbauteil vorzugsweiseüber einer Lauffläche ab, so dass sich am Lagerbauteil ein Versatz zwischen der von der Laufscheibe eingeleiteten Kraft und der abstützende Kraft frei wählen lässt. Insbesondere kann der Bereich, in dem die Kraft von der Laufscheibe auf das Lagerbauteil eingeleitet wird, so wählen, dass die eingeleiteten Kraft und die abstützende Kraft nicht gegeneinander versetzt sind. Das Lagerbauteil mit einer Lagerfläche oder mit beiden Lagerflächen erfährt deshalb keine Durchbiegung. Somit verkanten die Lagerflächen nicht gegeneinander. Ein Verkanten findet nur zwischen der Laufscheibe und dem Lagerbauteil statt. Diese beiden Teile sind jedoch bei einer Verstellung der Schrägscheibe in Ruhe, so dass das Verkanten weit weniger schädlich ist als zwischen den Lagerflächen. Des Weiteren ist für den Fall einer minimalen Durchbiegung, nämlich bei Abstützung der auf das lagerbauteil eingeleiteten Kraft über einer Lauffläche die Durchbiegung nicht druckabhängig.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Schrägscheibe ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 11.
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Vorteilhafterweise liegen das Lagerbauteil und die Laufscheibe in einem Auflagebereich über Auflageflächen flächig aneinander an, wobei die Auflageflächen parallel zu der Beaufschlagungsfläche für die Arbeitskolben verlaufen.
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Es ist günstig, wenn die Auflagebereiche nach innen zum zentralen Durchgang hin durch eine gerade Begrenzungskante begrenzt sind, die in einer Ebene senkrecht zur Schwenkachse verläuft. Somit verläuft die Begrenzungskante senkrecht zu den Biegelinien der Laufscheibe, so dass bei deren Durchbiegung die Begrenzungskante auf ihrer gesamten Länge trägt.
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Ein Auflagebereich kann in Richtung der Schwenkachse so weit nach innen zum zentralen Durchgang hin reichen wie eine Lagerfläche. Dann ist der Abstand zwischen den Begrenzungskanten der beiden Auflagebereiche und damit bei einer gegebenen Triebwerkskraft auch die Durchbiegung der Laufscheibe gering. Befindet sich die Begrenzungskante eines Auflagebereichs dagegen weiter außen, insbesondere mittig einer Lagerfläche, so ist die Kraftverteilung von dem Lagerbauteil auf das Gehäuse einer Axialkolbenmaschine oder auf eingesetzte Lagerschalen günstiger.
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Vorteilhafterweise sind das Lagerbauteil und die Laufscheibe um eine Achse senkrecht zur Beaufschlagungsfläche verdrehgesichert.
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Entweder das Lagerbauteil oder die Laufscheibe können von der Begrenzungskante eines Auflagebereichs aus nach innen zum Durchgang hin, eine Setzstufe und einen Rücksprung, bildend gegenüber der Auflagefläche zurückgesetzt sein. Somit kann sich die Laufscheibe durchbiegen, auch wenn das Lagerbauteil über die Begrenzungskante einer Auflagefläche nach innen erstreckt. Vorteilhafterweise befindet sich der Rücksprung am Lagerbauteil.
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Die Laufscheibe kann dann ohne Rücksprung und damit entsprechend widerstandsfähig gegen Durchbiegung ausgebildet werden. An der Laufscheibe kann im Bereich des Rücksprungs am Lagerbauteil ein Vorsprung ausgebildet sein, so dass die Laufscheibe noch steifer ist. Die Höhe des Vorsprungs ist dabei geringer als die Tiefe des Rücksprungs, so dass sich die Laufscheibe frei gegenüber dem Lagerbauteil durchbiegen kann.
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Durch einen geringen Abstand zwischen dem Vorsprung am einen Bauteil, vorzugsweise der Laufscheibe, und der Setzstufe am anderen Bauteil, vorzugsweise dem Lagerbauteil, können die beiden Bauteile zueinander verdrehgesichert sein.
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Der Rücksprung und der Vorsprung sind vorteilhafterweise derart gestaltet, dass das Lagerbauteil und die Laufscheibe durch den in den Rücksprung eintauchenden Vorsprung in einer Ebene parallel zur Beaufschlagungsfläche allseits formschlüssig aneinander gehalten sind.
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Grundsätzlich kann eine erfindungsgemäße Schrägscheibe ein einziges Lagerbauteil mit beiden Lagerflächen aufweisen. Günstiger erscheint es jedoch, wenn die Schrägscheibe zwei Lagerbauteile umfasst, von denen jedes eine Lagerfläche aufweist.
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In den Zeichnungen sind ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen verstellbaren hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise und mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Schrägscheibe dargestellt. Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch die hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Schrägscheibe,
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2 eine Draufsicht auf die der Laufscheibe zugekehrte Seite des Lagerbauteils aus 1,
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3 eine Draufsicht auf die dem Lagerbauteil zugekehrte Seite der Laufscheibe aus 1,
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4 in einer perspektivischen Ansicht ein Lagerbauteil eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schrägscheibe,
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5 in einer perspektivischen Ansicht die zu dem Lagerbauteil aus 4 gehörende Laufscheibe,
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6 in einer perspektivischen Ansicht ein Lagerbauteil eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schrägscheibe,
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7 in einer perspektivischen Ansicht die zu dem Lagerbauteil aus 6 gehörende Laufscheibe und
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8 eine dreiteilige erfindungsgemäße Schrägscheibe.
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Die hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß der 1 ist in Schrägscheibenbauweise mit über null verstellbarem Hubvolumen ausgeführt. Sie hat ein Gehäuse 10 mit einem topfartig ausgebildeten Gehäuseteil 11, das von einem Gehäusedeckel 12 verschlossen ist. Im Gehäuse 11 befindet sich eine Zylindertrommel 13 mit Zylinderbohrungen 14, in denen Arbeitskolben 15 axial verschieblich angeordnet sind. Drehfest mit der Zylindertrommel 13 ist eine Triebwelle 16 verbunden, deren Wellenstumpf aus dem Gehäuseteil 11 hinausragt. Die Triebwelle 16 ist einerseits in der Nähe des Wellenstumpfes im Gehäuseteil 11 und andererseits im Gehäusedeckel 12 über jeweils ein als Kegelrollenlager ausgeführtes Wälzlager 17 beziehungsweis 18 drehbar gelagert.
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Durch die Arbeitskolben 15 und die Zylinderbohrungen 14 sind in der Zylindertrommel 13 hydrostatische Arbeitsräume 22 begrenzt, die im Betrieb alternierend mit einem ersten Kanal 23 und mit einem zweiten Kanal 24 fluidisch verbindbar sind. Die alternierende Druckmittelverbindung erfolgt dabei über eine zwischen der Zylindertrommel 13 und dem Gehäusedeckel 12 angeordnete Steuerscheibe 28, die von mehreren nierenförmigen Durchgangsausnehmungen 29 durchsetzt ist.
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Die Arbeitskolben 15 weisen jeweils einen Kolbenkopf 30 auf, der formschlüssig in einem Gleitschuh 31 aufgenommen ist. Die Gleitschuhe 31 sind an einer Beaufschlagungsfläche 32 einer Schrägscheibe 33 gleitend gelagert und abgestützt. Die Schrägscheibe 33 weist Lagerflächen 34 auf, die einen Teil eines Kreiszylinders darstellen, durch dessen Mittelpunkt die Schwenkachse der Schrägscheibe 33 gegeben ist. Mit den Lagerflächen 34 liegt die Schrägscheibe auf in dem Gehäuseteil 11 befestigten Lagerschalen 35 auf. Die Schrägscheibe ist somit über die Lagerschalen 35 in dem Gehäuseteil 11 gleitgelagert und um die Schwenkachse verschwenkbar. Bei der gezeigten Axialkolbenmaschine liegt die Schwenkachse in der Zeichenebene der 1 und geht senkrecht durch die Drehachse 36 von Triebwelle 16 und Zylindertrommel 13.
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Die Schrägscheibe ist mit einer zentralen Öffnung 37 versehen, die in jeder Position der Schrägscheibe die Triebwelle 16 frei durch die Schrägscheibe hindurchtreten lässt. Die beiden Lagerflächen 34 liegen sich bezüglich des zentralen Durchbruchs 37 gegenüber.
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Die Schrägscheibe 33 ist zweiteilig mit einer Laufscheibe 40, die die Beaufschlagungsfläche 32 für die Gleitschuhe 31 und die Arbeitskolben 15 aufweist, und einem Lagerbauteil 41, das die Lagerflächen 34 aufweist, ausgebildet. Das Lagerbauteil 41 besitzt an seiner der Laufscheibe 40 zugewandten Seite eine Aussparung (einen Rücksprung) 42, deren Rand durch zwei parallel zueinander verlaufende und gleich lange, gerade Randabschnitte 43, die man auch Setzstufen nennen kann, sowie zwei auf einem Kreiszylinder liegende und die beiden geraden Randabschnitte 43 miteinander verbindende Randabschnitte 44 gebildet wird. Die Randabschnitte 43 liegen in einer Ebene, die etwa mittig senkrecht auf den Lagerflächen 34 steht. Die Randabschnitte 43 verlaufen damit auch in einer Ebene, die senkrecht auf der Schwenkachse der Schrägscheibe 33 steht. Außerhalb der Randabschnitte 43 bildet das Lagerbauteil 41 ebene Auflagebereiche 45 für die Laufscheibe 40, die parallel zur Beaufschlagungsfläche 32 verlaufen. Die Auflagebereiche werden durch die Begrenzungskanten zwischen ihnen und den geraden Randbereichen 43 begrenzt. Die Begrenzungskanten verlaufen somit ebenfalls in Ebenen, die senkrecht auf der Schwenkachse der Schrägscheibe stehen.
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Die Laufscheibe 40 hat auf ihrer der Beaufschlagungsfläche 32 abgewandten Seite einen Vorsprung 48, der entsprechend den Randabschnitten der Aussparung 42 zwei parallel zueinander verlaufende und gleich lange, gerade Randabschnitte 49 aufweist, die bis zu zwei auf einem Kreiszylinder liegende Umfangsabschnitte 50 reichen, und der mit geringem Spiel in die Aussparung 42 des Lagerbauteils 41 passt. Im Bereich der Umfangsabschnitte 50 reicht der Vorsprung 48 also bis zum äußeren Rand der Laufscheibe 40. Diese hat also im Bereich der Umfangsabschnitte 50 einen kleineren Durchmesser als das Lagerbauteil 41, bei dem sich außerhalb der Randbereiche 44 ringförmig noch Material befindet. Außerhalb der geraden Randabschnitte 49 des Vorsprungs 48 bildet die Laufscheibe 40 rechteckige, ebene Auflagebereiche 51 für das Lagerbauteil 41, die ebenfalls parallel zu der Beaufschlagungsfläche 32 verlaufen. Durch das Eintauchen des Vorsprungs 48 der Laufscheibe 41 in die Aussparung 42 sind somit diese beiden Teile in einer Ebene parallel zur Beaufschlagungsfläche 32 formschlüssig aneinander gehalten. Die Höhe des Vorsprungs 48 ist geringer als die Tiefe der Aussparung 42, so dass, wenn die Laufscheibe 40 mit ihren Auflagebereichen 49 auf den Auflagebereichen 45 des Lagerbauteils 41 aufliegt, zwischen dem Vorsprung 48 und dem Boden der Aussparung 42 ein geringer Abstand besteht.
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Im Betrieb üben die Arbeitskolben 15 auf die Schrägscheibe 33 Kräfte aus, die zu einer Durchbiegung der Laufscheibe 40 führen. Die Biegelinien an der Laufscheibe verlaufen dabei parallel zur Schwenkachse und damit senkrecht zu den geraden Begrenzungskanten der Auflagebereiche. In der Aussparung 42 ist der Abstand zwischen der Laufscheibe 40 und dem Lagerbauteil 41 so groß, dass der Vorsprung 48 auch bei maximaler Durchbiegung der Laufscheibe das Lagerbauteil nicht berührt. Somit werden die von den Arbeitskolben auf die Laufscheibe ausgeübten Kräfte von der Laufscheibe allein im Bereich der geraden Begrenzungskanten in das Lagerbauteil 41 eingeleitet. Die Begrenzungskanten aber liegen mittig über den Lagerflächen 34, so dass die eingeleiteten Kräfte in ihrem Angriffspunkt abgestützt werden. Das Lagerbauteil wird deshalb nicht verbogen, so dass zwischen den Lagerflächen 34 und den Lagerschalen 35 keine Kantenspannungen auftreten.
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In den 2 und 3 sind der Einfachheit halber die zentralen Durchbrüche in der Laufscheibe 40 und im Lagerbauteil 41 weggelassen.
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Die Schrägscheibe 33, deren Lagerbauteil 41 in 4 und deren Laufscheibe 40 in 5 gezeigt sind, entspricht vom prinzipiellen Aufbau der Schrägscheibe aus den 1 bis 3. Das Lagerbauteil 41 weist eine Aussparung 42 auf, die durch gerade Randabschnitte 43 und durch kreiszylindrische Randabschnitte 44 begrenzt ist. Außerhalb der geraden Randabschnitte sind ebene Auflagebereiche 45 für entsprechende Auflagebereiche an der Laufscheibe 40 ausgebildet. Die Laufscheibe 40 ist anders als beim Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 kreisrund, so dass deren Auflagebereiche die Form eines Kreissegments haben.
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Anders als beim Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 liegen die durch die oberen Kanten der Randabschnitte 43 des Lagerbauteils 41 gebildeten Begrenzungskanten der Auflagebereiche 45, die die Laufscheibe bei Durchbiegung belastet, nun nicht mittig der Lagerflächen 34, sondern über der inneren Seitenbegrenzung der Lagerflächen 34.
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Die Schrägscheibe 33, deren Lagerbauteil 41 in 6 und deren Laufscheibe 40 in 7 gezeigt sind, entspricht vom prinzipiellen Aufbau der Schrägscheiben aus den 1 bis 5. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass nun die Laufscheibe 40 eine der Aussparung 42 des Lagerbauteils 41 aus 2 entsprechende Aussparung 52 und das Lagerbauteil 41 einen dem Vorsprung 48 der Laufscheibe aus 3 entsprechenden Vorsprung 53 aufweist. Der Vorsprung 53 ist wiederum weniger hoch als die Aussparung 52 tief
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Die Laufscheibe 40 gemäß 7 ist wie die Laufscheibe aus 5 kreisrund. So wie bei der Laufscheibe 40 aus 5 der Vorsprung 48 reicht bei der Laufscheibe 40 aus 6 die Aussparung 42 bis an den Rand der Laufscheibe. Die Aussparung 42 wird durch zwei gerade und parallel zueinander verlaufende Randabschnitte 49 begrenzt. Außerhalb dieser Randabschnitte befinden sich kreissegmentförmige Auflagebereiche der Laufscheibe. Der Abstand zwischen den Randabschnitten 49 ist größer als bei der laufscheibe nach 4 und entspricht etwa dem Abstand zwischen den Mittellinien der Lagerflächen.
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An den Vorsprung 53 am Lagerbauteil 41 schließen sich über gerade und parallel zueinander verlaufende Setzstufen 43 nach außen hin die zurückgesetzten Auflagebereiche 45 an, die wie die Auflagebereiche an der Laufscheibe kreissegmentförmig sind. Jeder Auflagebereich 45 ist von einer hochstehenden hohlzylindrischen Wand 54 umgeben, die sich in Umfangsrichtung nur wenig weiter als ein Auflagebereich erstreckt. Sind die Laufscheibe 40 und das Lagerbauteil 41 zusammengebracht, so liegen die Auflagebereiche 51 der Laufscheibe auf den Auflagebereichen 45 des Lagerbauteils 41 auf. Laufscheibe und Lagerbauteil sind durch die Wände 54 in einer parallel zu der Beaufschlagungsfläche 32 an der Laufscheibe liegenden Ebene formschlüssig aneinander gehalten und durch die benachbarten Randabschnitte 49 und Setzstufen 43 gegen Verdrehen gesichert.
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Wird im Betrieb die Laufscheibe 40 durchgebogen, so werden die Begrenzungskanten der Auflagebereiche 51 zu den Randabschnitten 49 hin beansprucht und leiten die auf die Laufscheibe wirkenden Kräfte etwa mittig über den Lagerflächen 34 in das Lagerbauteil ein.
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Die Schrägscheib nach 8 ist dreiteilig ausgebildet. Sie weist eine Laufscheibe 60 und zwei Lagerbauteile 61 auf, die wie äußerst massive Lagerschalen mit einer kreiszylindrischen Lagerfläche 34 außen und mit einer kreiszylindrischen Aufnahme innen, die durch zwei kreiszylindrischen Flächen 62 und 63 gebildet ist, wobei die näher an der nicht gezeigten Triebwelle befindliche Lagerfläche 63 eine größeren Radius als die Fläche 62 hat und die Radiusdifferenz zwischen den beiden Flächen in einer Setzstufe 64 überbrückt wird, die sich mittig der Lagerfläche 34 befindet. Die Fläche 63 bildet den Boden einer Aussparung 65, die von der Funktion her den Aussparungen 42 und 52 der anderen Ausführungsbeispiele entspricht. Die Fläche 62 entspricht den Auflagebereichen 45.
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Die Laufscheibe 60 besitzt zwei Kreiszylindersegment 67, deren Radius dem Radius der Flächen 62 entsprechen, so dass im Bereich der Flächen 63 ein Abstand zwischen den Lagerbauteilen 61 und der Laufscheibe 60 besteht. Wenn die Laufscheibe in die Lagerbauteile eingesetzt ist, stoßen diese mit ihren Umfangsstirnseiten 68 gegen Flächen an der Laufscheibe, so dass sie gegenüber der Laufscheib nicht schwenken können. Auch nach innen in Richtung der nicht gezeigten Triebwelle können die Lagerbauteile 61 nicht wandern, da sie an die Laufscheibe 60 anstoßen. An den Außenseiten werden die Lagerbauteile und die Laufscheibe durch das Gehäuse der Axialkolbenmaschine geführt.
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Wenn im Betrieb die Laufscheibe durchgebogen wird, wird die Begrenzungskante der Fläche 62 zur Setzstufe 64 hin belastet. Die Belastung wird also mittig in die Lagerbauteile 61 eingeleitet und dadurch günstig im Material verteilt. Zwischen den Lagerbauteilen 61 und den Lagerschalen 35 (siehe 1) findet kein Verkanten statt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008013010 A1 [0003]
