-
Die Erfindung geht aus von einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Lüfter mit einer Axialkolbenmaschine.
-
Eine derartige hydrostatische Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus der
DE 199 49 169 bekannt. Diese hat eine Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Axialkolben geführt ist, die jeweils mit der Zylindertrommel einen Arbeitsraum begrenzen. Die Axialkolben sind fußseitig an einer Schrägscheibe abgestützt, deren Schwenkwinkel zur Anpassung des Förder-/Schluckvolumens mittels einer Verstelleinrichtung verstellbar ist. Diese Verstelleinrichtung hat einen Stellzylinder, dessen Stellraum über ein proportional verstellbares Steuerventil mit einem Hochdruck oder Niederdruck führenden Kanal verbindbar ist, so dass ein Stellkolben die Schrägscheibe in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Steuerventils verschwenkt. Bei diesen bekannten Lösungen ist die Schrägscheibe über eine Rückstellfeder und/oder einen Gegenzylinder in Richtung einer Grundposition beaufschlagt, in der die Schrägscheibe bei nichtlaufender Pumpe und nichtangesteuertem Steuerventil voll ausgeschwenkt ist. Bei laufender Pumpe (minimaler Betriebsdruck) und in der Grundstellung des proportional verstellbaren Steuerventils ist die Schrägscheibe auf den minimalen Schwenkwinkel (minimales Fördervolumen) eingestellt. Der Schwenkwinkel kann dann durch Ansteuerung des Steuerventils elektroproportional verstellt werden, wobei der Schwenkwinkel über eine Rückkopplungsfeder kräftemäßig auf die Verstelleinrichtung zurückgeführt wird. Bei einer derartigen Lösung kann es vorkommen, dass bei einem Steuersignalverlust das Steuerventil in seine Grundstellung zurückfährt und somit die Schrägscheibe auf null zurückschwenkt, so dass beispielsweise ein Verbraucher nicht mehr hinreichend mit Druckmittel versorgt werden kann. Für diesen Fall wird eine so genannte Reglerabschaltung vorgesehen, in der bei einem kurzzeitigen Steuersignalverlust im Stellraum des Stellzylinders der Niederdruck wirksam ist und somit die Schrägscheibe der Pumpe in Richtung maximales Fördervolumen ausschwenkt. Es handelt sich somit bei diesen bekannten Lösungen um eine so genannte EP- oder EK-Regelung, die beispielsweise in dem Datenblatt RD 92703/08.11 der Firma Rexroth offenbart ist.
-
Beim Einsatz derartiger Axialkolbenmaschinen in mobilen Arbeitsmaschinen ist bekannt, die Schrägscheibe über einen Nullpunkt durchzuschwenken. Dies dient beispielweise dazu, die Axialkolbenmaschine im positiven Schwenkwinkelbereich, wie vorstehend erläutert, als Axialkolbenpumpe einzusetzen und im negativen Schwenkwinkelbereich als Axialkolbenmotor zur Energierückgewinnung.
-
Problematisch bei einem derartigen Durchschwenken ist, dass sich die Rückkopplungsfeder im negativen Schwenkwinkelbereich der Schrägscheibe vollständig entspannen kann und sich von ihrem Federteller oder einer sonstigen Abstützung lösen kann. Prinzipiell könnte eine Rückkopplungsfeder mit einer relativ flachen Kennlinie eingesetzt werden, durch die gewährleistet ist, dass auch im negativen Schwenkwinkelbereich der Schrägscheibe eine hinreichende Vorspannung gewährleistet ist. Eine derartige flache Kennlinie ist jedoch im Regelbereich, also im positiven Schwenkwinkelbereich, nicht nutzbar, da in diesem Regelbereich eine vergleichsweise steile statische Kennlinie vorausgesetzt wird, so dass bei Nutzung einer flachen Kennlinie, die Regelgüte unzureichend ist.
-
Des Weiteren ist ein bekanntes Problem bei Axialkolbenmaschinen mit einer durchschwenkbaren Schrägscheibe, dass im negativen Schwenkwinkelbereich der Schrägscheibe eine Führungslänge des Stellkolbens vergleichsweise kurz ist, womit es zu einem „Klemmen“ oder „Fressen“ kommen kann. Es ist zwar denkbar die Führungslänge zu vergrößern, allerdings erfordert dies nachteilig einen hohen Bauraumbedarf.
-
Ein weiteres bekanntes Problem bei bekannten durchschwenkbaren Axialkolbenmaschinen ist, dass der Stellkolben üblicherweise Querkräften ausgesetzt ist, die zu einem hohen Verschleiß und ebenfalls zu einem „Fressen“ führen können.
-
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine durchschwenkbare hydrostatische Axialkolbenmaschine zu schaffen, die im üblichen Regelbereich eine hohe Regelgüte aufweist, vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet ist und sicher betrieben werden kann. Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Lüfter mit einer derartigen Axialkolbenmaschine zu schaffen.
-
Die Aufgabe hinsichtlich der hydrostatischen Axialkolbenmaschine wird gelöst gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und hinsichtlich des Lüfters gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 12.
-
Erfindungsgemäß ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere ein hydrostatischer Axialkolbenmotor, in Schrägscheibenbauweise vorgesehen. Diese hat eine Verstelleinrichtung zum Verstellen einer durchschwenkbaren Schrägscheibe. Ausgehend von einer Neutralstellung ist die Schrägscheibe mit einem positiven und einem negativen Schwenkwinkel verschwenkbar. Zum Verschwenken der Schrägscheibe greift an diese ein Stellkolben der Verstelleinrichtung an. Am Stellkolben stützt sich eine Rückkopplungsfeder ab, die einem Steuerelement der Verstelleinrichtung den Schwenkwinkel der Schrägscheibe federrückführt. Des Weiteren ist der Stellkolben über einen Stellraum mit einem Stelldruckmittel beaufschlagbar, um die Schrägscheibe wiederum in eine erste Schwenkrichtung mit einer Stellkraft zu beaufschlagen. Mit dem Steuerelement ist eine Verbindung des Stellraums mit einem Hochdruck- oder Niederdruck führenden Kanal regelbar. Die Regelung erfolgt hierbei in Abhängigkeit einer das Steuerelement beaufschlagenden Steuerkraft eines Aktors und in Abhängigkeit des federrückgeführten Schwenkwinkels. Im negativen Schwenkwinkelbereich ist der Stellkolben weiter ausgefahren als im positiven Schwenkwinkelbereich. Vorteilhafterweise ist der Stellkolben im negativen Schwenkwinkelbereich proportional zur Steuerkraft geregelt.
-
Die erfindungsgemäße Lehre wendet sich ab von einer proportionalen Regelung des Stellkolbens und somit des Schwenkwinkels der Schrägscheibe im positiven Schwenkwinkelbereich, wie beispielsweise im eingangs erläuterten Stand der Technik. Somit kann beispielsweise die Rückkopplungsfeder derart angeordnet sein, dass sie über den gesamten Schwenkwinkelbereich den Schwenkwinkel federrückführt, womit sie im negativen Schwenkwinkelbereich weniger als im positiven Schwenkwinkelbereich gespannt ist. Somit wird vorzugsweise die Rückkopplungsfeder derart ausgelegt, dass im negativen Schwenkwinkelbereich eine übliche hohe Regelgüte erreicht ist. Bei einer Verschwenkung der Schrägscheibe ausgehend von einer Neutralstellung in Richtung des positiven Schwenkwinkelbereichs wird dann die Rückkopplungsfeder im Unterschied zum Stand der Technik gespannt, womit sie sich nicht mehr von einem Federteller oder einer sonstigen Abstützung lösen kann. Die Axialkolbenmaschine ist somit derart ausgestaltet, dass sie im gesamten Schwenkwinkelbereich eine hohe Regelgüte aufweisen kann. Die Regelung im positiven Schwenkwinkelbereich, bei der hohe Steuerkräfte notwendig sind, kann beispielsweise nur kurzzeitig genutzt werden, wie beispielsweise im eingangs erläuterten Stand der Technik zur Energierückgewinnung. Ein Hauptregelbereich kann somit im negativen Schwenkwinkelbereich liegen, womit keine besonderen Vorkehrungen zum Sichern der Rückkopplungsfeder mehr notwendig sind.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist, dass durch die Verschiebung des Hauptregelbereichs in den negativen Schwenkwinkelbereich ein Ausfall der Steuerkraft, beispielsweise aufgrund eines Defekts, der Stellkolben die Schrägscheibe mit einem maximalen negativen Schwenkwinkel, insbesondere durch die Federkraft der Rückkopplungsfeder und durch das Stelldruckmittel, verschwenken kann. Dies ist beispielsweise vorteilhaft, wenn die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenmotor für einen Lüfter eingesetzt wird und somit bei einem Ausfall der Steuerkraft der Lüfter durch einen maximalen negativen Schwenkwinkel eine maximale Lüfterleistung aufweist, was als „fail safe“ bezeichnet ist. Aus dem Stand der Technik ist hierfür bisher bekannt den Stellkolben mit einer zusätzlichen Steuerkante zu versehen, um beim Ausfall der Steuerkraft über die zusätzliche Steuerkante den Stellraum zu einem Tank zu entlasten. Eine derartige zusätzliche Steuerkante ist bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine nicht mehr notwendig.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor als Proportionalmagnet ausgestaltet, womit als Steuerkraft eine Magnetkraft vorgesehen ist. Vorteilhafterweise wird beim Verschwenken der Schrägscheibe im positiven Schwenkwinkelbereich der Proportionalmagnet überstromt. Hierdurch kann bauraumsparend für die Axialkolbenmaschine ein vergleichsweise kleiner Proportionalmagnet verwendet werden, der im üblichen Regelbereich – hier der negative Schwenkwinkelbereich – normal bestromt wird und lediglich im positiven Schwenkwinkelbereich überstromt ist, um eine hohe Steuerkraft aufbringen zu können. Somit wird, um bei gleicher Regelgüte den regelbaren Schwenkwinkelbereich zu vergrößern, einfach im positiven Schwenkwinkelbereich der Proportionalmagnet überstromt. Da ein vergleichsweise klein bauender Proportionalmagnet eingesetzt werden kann, ist die Axialkolbenmaschine kostengünstig und hat einen geringen Bauraumbedarf. Eine derartig ausgestaltete Axialkolbenmaschine ist äußerst vorteilhaft für einen Lüfter einsetzbar. Dieser kann dann im negativen Schwenkwinkelbereich der Schrägscheibe normal geregelt sein, womit eine Lüfterdrehzahl des Lüfters und damit wiederum eine Kühlleistung eines mit dem Lüfter betriebenen Kühlers regelbar ist. Durch Überstromen des Proportionalmagneten kann im positiven Schwenkwinkelbereich seine Drehrichtung kurzzeitig geändert werden, um beispielsweise zu Reinigungszwecken den Kühler „auszublasen“. Der Reinigungsvorgang kann hierbei vorzugsweise bei einem maximalen positiven Schwenkwinkel erfolgen. Durch das Überstromen des Proportionalmagneten kann somit eine maximale Magnetkraft deutlich erhöht werden. Des Weiteren kann über den gesamten Schwenkwinkelbereich eine hohe Regelgüte über den vergleichsweise kleinen Proportionalmagneten erreicht werden, wobei die Regelgüte im positiven Schwenkwinkelbereich vorzugsweise nur kurzzeitig erfolgt, um ein Überhitzen des Proportionalmagneten zu vermeiden.
-
Vorzugsweise ist der Proportionalmagnet derart ausgestaltet, dass er einen Hub von etwa 2 mm aufweist. Hierdurch kann anstelle eines Proportionalmagneten mit einem üblichen Hub von 3 mm der regelbare Schwenkwinkelbereich vergrößert werden, da der Proportionalmagnet mit einem Hub von 2 mm eine höhere Magnetkraft aufweist.
-
Vorzugsweise ist die Rückkopplungsfeder derart angeordnet, dass sie über den gesamten Schwenkwinkelbereich den Schwenkwinkel federrückführt.
-
Wie vorstehend bereits erläutert, kann der Stellkolben im positiven Schwenkwinkelbereich ebenfalls proportional zur Steuerkraft geregelt sein.
-
Beispielsweise sind ein maximaler positiver und ein maximaler negativer Schwenkwinkel im Wesentlichen gleich.
-
Mit Vorteil stützt sich der Stellkolben über eine kugelige, konvexe Stützfläche an der Schrägscheibe ab. Hierzu ist an der Schrägscheibe vorrichtungstechnisch einfach eine Scheibenaussparung vorgesehen, die eine kugelige, konkave Anlagefläche für den Stellkolben bildet. Mit dieser Lösung ist der Stellkolben auf einfache Weise kopfseitig in der Schrägscheibe aufgenommen und gelagert.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Stellkolben über einen im Wesentlichen kugelkalottenförmigen Kolbenabschnitt in einer Kolbenbohrung der Verstelleinrichtung geführt. In Kombination mit seiner kugeligen Stützfläche ist somit auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine „Zwei-Punkt-Führung“ geschaffen. Außerdem kann der Stellkolben keine Querkräfte aufnehmen. In die Verstelleinrichtung werden somit keine Querkräfte über die Schrägscheibe eingeleitet. Ein Verschleiß kann minimiert werden und ein Verklemmen des Stellkolbens in der Führung kann vermieden werden.
-
Um einen Bauraumbedarf der Verstelleinrichtung in Längsrichtung des Stellkolbens zu verringern, kann auf Seiten der Rückkoppelungsfeder der Stellkolben eine Kolbenaussparung aufweisen. Dies ist dabei derart ausgestaltet, dass die Rückkopplungsfeder sich vorzugsweise im Aussparungsgrund abstützt und vollständig in die Kolbenaussparung eintauchbar ist. Sie ist vorzugsweise dann vollständig eingetaucht, wenn die Schrägscheibe mit einem maximalen positiven Schwenkwinkel verschwenkt ist. Die Verstelleinrichtung ist somit derart ausgestaltet, dass der Stellkolben im inneren Bauraum für Komponenten der Verstelleinrichtung bietet, was zu der Bauraumeinsparung in Richtung der Längsachse des Stellkolbens oder in Achsrichtung der Stellachse der Verstelleinrichtung führt.
-
Seitens des Steuerelements kann sich die Rückkopplungsfeder über einen Federteller an diesem abstützen, wobei der Federteller vorzugsweise ebenfalls vollständig in die Kolbenaussparung eintauchbar ist.
-
Es ist denkbar, dass der positive Schwenkwinkelbereich dadurch begrenzt ist, dass der Stellkolben beim maximalen positiven Schwenkwinkel an einer Schulter des Maschinengehäuses oder eines Gehäuses der Verstelleinrichtung anliegt. Hierbei ist weiter denkbar, dass die Rückkopplungsfeder und der Federteller vollständig in die Kolbenaussparung des Stellkolbens eingetaucht sind.
-
Der Stellkolben hat vorzugsweise im Bereich seines kugelkalottenförmigen Abschnitts ein Dichtelement. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Gleitring oder Kolbenring. Mit dem Dichtelement kann auf einfache Weise die Führung des Stellkolbens hydraulisch abgedichtet sein, was zu einer geringen Leckage in der Verstelleinrichtung führt, womit der Wirkungsgrad steigt.
-
Vorzugsweise ist die Schrägscheibe in einer zweiten Schwenkrichtung von einer Gegenkraft beaufschlagt. Bei der Gegenkraft handelt es sich insbesondere um eine Stützkraft von in einer Zylindertrommel geführten und sich an der Schrägscheibe abstützenden Kolben. Vorzugsweise ist hierzu eine Schwenkachse der Schrägscheibe zu einer Drehachse der Zylindertrommel beabstandet. Man spricht hier von einer Exzentrizität der Schwenkachse der Schrägscheibe. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft beim Einsatz der Axialkolbenmaschine sowohl als Axialkolbenpumpe als auch als Axialkolbenmotor, da dann ein Gegenkolben eingespart werden kann, der bei Axialkolbeneinheiten ohne Exzentrizität üblicherweise vorhanden ist. Damit beim Abfall eines Pumpendrucks unter einen minimalen Betriebsdruck die Schrägscheibe in Richtung eines maximales Fördervolumens verschwenkt wird, ist bei Pumpen auch bei exzentrischer Lagerung der Schrägscheibe in der Regel eine Rückstellfeder eingesetzt, da bei kleinem Betriebsdruck auch die Kolben in der Zylindertrommel keine große Kraft mehr auf die Schrägscheibe ausüben. Beim Einsatz als Axialkolbenmotor ist bei vorhandener Exzentrizität eine Rückstellfeder nicht unbedingt notwendig, da an einem Hydromotor durch den Zufluss von einer Pumpe gefördertem Druckmittel ein Druck aufgebaut wird.
-
Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, die Gegenkraft über einen an der Schrägscheibe angreifenden hydraulischen oder mechanischen Gegenkolben aufzubringen.
-
Bei dem Steuerelement handelt es sich vorzugsweise um einen Steuerkolben, der entgegen der Steuerkraft von einer Federkraft einer weiteren Feder beaufschlagt ist, die sich am Gehäuse der Verstelleinrichtung abstützt.
-
Der Stellkolben und der Steuerkolben sind vorzugsweise etwa koaxial oder zueinander angeordnet, haben also in etwa die gleiche Achse.
-
Erfindungsgemäß ist ein Lüfter mit einer Axialkolbenmaschine gemäß einem der vorhergehenden Aspekte vorgesehen. Die Axialkolbenmaschine wird hierbei als Axialkolbenmotor eingesetzt und dient als Lüftermotor.
-
Diese Lösung hat den Vorteil, dass im negativen Schwenkwinkelbereich eine Lüfterdrehzahl insbesondere elektrisch geregelt ist und im positiven Schwenkwinkelbereich – insbesondere beim maximalen positiven Schwenkwinkel – die Drehrichtung des Lüftermotors gewechselt ist und dieser zum „Ausblasen“ eines Kühlers, insbesondere kurzzeitig, eingesetzt werden kann. Im Stand der Technik ist es bei einem hydraulischen Lüftermotor üblich eine Drehrichtungsumkehr über ein Schaltventil vorzunehmen, indem ein Zulauf und ein Ablauf des Lüftermotors gewechselt werden. Ein derartiges Schaltventil ist bei dem erfindungsgemäßen Lüfter nicht mehr notwendig, womit Kosten gesenkt und Bauraum eingespart werden kann. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass die Drehrichtungsumkehr des Lüfters – im Vergleich zum Stand der Technik mit Schaltventil – durch die erfindungsgemäße Lösung schneller erfolgen kann. Ferner erfolgt die Drehrichtungsumkehr „sanft“, womit Kavitation vermieden werden kann. Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Lüfter vorteilhaft, dass die Axialkolbenmaschine einfach gegen eine Axialkolbenmaschine aus dem Stand der Technik beim Kunden getauscht werden kann. Es kann somit der erfindungsgemäße Axialkolbenmotor gegen einen üblichen Axialkolbenmotor mit einer üblichen EP/EK-Regelung getauscht werden.
-
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
-
Es zeigen
-
1 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel mit voll in die eine Richtung ausgeschwenkter Schrägscheibe,
-
2 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel mit in der Nulllage befindlichen Schrägscheibe,
-
3 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel mit voll in die andere Richtung ausgeschwenkter Schrägscheibe und
-
4 in einem Diagramm einen Zusammenhang zwischen einem Schwenkwinkel der Schrägscheibe und einem Strom eines Proportionalmagneten.
-
Gemäß 1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise ausgebildet. Diese hat ein etwa topfförmiges Gehäuse 2, das anschlussseitig durch einen Gehäusedeckel 4 abgeschlossen ist. In dem durch das Gehäuse 2 und den Gehäusedeckel 4 gebildeten Maschinengehäuse ist eine Triebwelle 6 gelagert. Die Triebwelle ist mit ihrem aus dem Gehäuse 2 auskragenden Endabschnitt beispielsweise mit einem Lüfterrad eines Lüfters verbunden. In dem Gehäuse 2 ist eine Schrägscheibe 8 gelagert, deren Schwenkachse 10 sich gemäß 1 etwa senkrecht zur Zeichenebene erstreckt und zur Drehachse 12 der Triebwelle 6 beabstandet ist. Ein Schwenkwinkel –α und +α, siehe auch 3, ist über eine Verstelleinrichtung 14 einstellbar, die untenstehend näher erläutert ist.
-
Die Triebwelle 6 ist drehfest mit einer Zylindertrommel 16 verbunden, in der eine Vielzahl von Kolben 18 geführt sind, die jeweils gemeinsam mit der Zylindertrommel 16 einen Arbeitsraum 20 begrenzen. Dieser ist bei einer Rotation der Zylindertrommel 16 mit einem in der Figur nicht dargestellten Zulaufkanal und Ablaufkanal verbindbar. Ein jeweiliger Kolben 18 stützt sich über einen Gleitschuh 22 an der Schrägscheibe 8 ab, so dass ein Kolbenhub durch den Schwenkwinkel α bestimmt ist. Die Verstelleinrichtung 14 hat einen Stellkolben 24, der in einer etwa zylindrischen Kolbenbohrung 26 der Verstelleinrichtung 14 geführt ist, die in dem Gehäuse 2 ausgebildet ist. Auf Seiten der Schrägscheibe 8 hat der Stellkolben 24 einen Kolbenkopf 28 mit einer gerundeten, konvexen Stützfläche 30. Über diese stützt er sich an der Schrägscheibe 8 ab, die hierfür eine etwa halbkugelförmige Scheibenaussparung 32 aufweist und eine konkave Anlagefläche für die Stützfläche 30 des Stellkolbens 24 bildet. Zur Führung in der Kolbenbohrung 26 hat der Stellkolben 24 an seinem von der Schrägscheibe 8 wegweisenden Endabschnitt einen Radialbund 34, der kugelkalottenförmig ausgebildet ist. Der Stellkolben 24 ist somit zur Stellachse der Verstelleinrichtung 14 verschwenkbar gelagert. In den Radialbund 34 ist ein Dichtring 36 eingesetzt.
-
Gemäß 2, in der die Schrägscheibe 8 in ihrer Neutralstellung gezeigt ist, hat der Stellkolben 24 eine von seiner von der Schrägscheibe 8 wegweisenden Seite her eingebrachte Kolbenaussparung 38, die etwa zylindrisch ausgebildet ist. An einem Aussparungsgrund 40 der Kolbenaussparung 38 stützt sich eine Rückkopplungsfeder 42 ab, die über einen Federteller 44 ein Steuerelement in Form eines Steuerkolbens 46 mit einer Federkraft beaufschlagt. Hierdurch ist der Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 8 auf den Steuerkolben 46 federrückgeführt. Der Steuerkolben 46 ist in einer Ventilpatrone 48 geführt, die in die Kolbenbohrung 26, siehe 1, eingeschraubt ist. Der Stellkolben 24 begrenzt mit seiner von der Schrägscheibe 8 wegweisenden Seite einen Stellraum 50. Eine Entlassung von Druckmittel aus dem Stellraum 50 und eine Beschickung von Druckmittel in den Stellraum 50 wird von dem Steuerkolben 46 geregelt, indem der Stellraum 50 auf übliche Weise mit einem Hochdruck oder Niederdruck führenden Kanal verbunden wird.
-
Entgegengesetzt der Federkraft der Rückkopplungsfeder 42 ist der Steuerkolben 46 mit einer Magnetkraft über einen Proportionalmagneten 52 beaufschlagbar. Des Weiteren wird der Steuerkolben 46 von einer Feder 54 mit einer Federkraft beaufschlagt, die sich an der Ventilpatrone abstützt und entgegengesetzt der Magnetkraft wirkt.
-
Die versetzte Schwenkachse 10 gemäß 3, siehe auch 1, führt dazu, dass im Betrieb der Axialkolbenmaschine über die Kolben 18 auf die Schrägscheibe 8 ein Drehmoment in eine zweite Schwenkrichtung 56 als Gegenkraft zur auf den Stellkolben 24 wirkenden Federkraft der Rückkopplungsfeder 42 und einer durch ein Druckmittel im Stellraum 50 wirkenden Druckkraft wirkt.
-
Alternativ oder zusätzlich zur versetzten Anordnung der Schwenkachse 10 ist denkbar, die Gegenkraft über einen an der Schrägscheibe 8 angreifenden mechanischen oder hydraulischen Gegenkolben 58 aufzubringen, der in der 3 durch eine Strichlinie angedeutet ist.
-
Gemäß 3 ist die Schrägscheibe mit einem maximal positiven Schwenkwinkel α verschwenkt. Die Verschwenkung der Schrägscheibe 8 in die zweite Schwenkrichtung 56 wird dadurch begrenzt, dass der Verstellkolben 24 mit seiner ringförmigen Stirnfläche 60 an einer Stirnfläche der Ventilpatrone 48 anliegt. Die Rückkopplungsfeder 42 und der Federteller 44 aus 2 sind hierbei vollständig in der Kolbenaussparung 38 aufgenommen.
-
Gemäß 4 ist ein Zusammenhang zwischen einem Strom I zum Bestromen des Proportionalmagneten 52, siehe 1, und dem Schwenkwinkel α anhand einer Kurve 62 dargestellt, die untenstehend näher aufgezeigt ist.
-
Im Folgenden wird anhand der 1 bis 4 die Funktionsweise der Axialkolbenmaschine 1 näher erläutert, wobei diese hierbei als Axialkolbenmotor eingesetzt ist. Im unbestromten Zustand des Proportionalmagneten 52 ist der Stellkolben 24 mit einem Betriebsdruck über den Stellraum 50 und der Federkraft der Rückkopplungsfeder 42 beaufschlagt und belastet die Schrägscheibe 8 in Richtung einer ersten Schwenkrichtung 64. Die Schrägscheibe 8 ist hierbei mit einem maximalen negativen Schwenkwinkel α verschwenkt. Der Stellkolben 24 ist am weitesten ausgefahren. Beim Bestromen des Proportionalmagneten 52 muss dieser zunächst die Federkraft der Feder 54, siehe 2, überwinden, bevor der Steuerkolben 46 in Regelpositionen durch die Magnetkraft verschiebbar ist, was gemäß 4 anhand des Kurvenabschnitts 66 gezeigt ist. Bei weiterer Bestromung des Proportionalmagneten 52 regelt der Steuerkolben 46 die Beschickung eines Druckmittels in den Stellraum 50 und eine Entlassung des Druckmittels aus dem Stellraum 50 derart, dass der Stellkolben 24 proportional zum Strom I verschoben wird und die Schrägscheibe 8 entsprechend proportional verschwenkt wird.
-
Erfindungsgemäß ist sowohl der positive als auch der negative Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 8 proportional zum Strom I des Proportionalmagneten 52 einstellbar.
-
Gemäß 4 wird ab einem bestimmten positiven Schwenkwinkel α’ der Proportionalmagnet 52 mit einem Strom IUE überstromt. Damit der Proportionalmagnet 52 hierbei nicht überhitzt wird, wird dieser Regelbereich im Einsatz der Axialkolbenmaschine 1 nur kurzzeitig angefahren.
-
Vorteilhafterweise wird die Axialkolbenmaschine 1 bei einem Lüfter als Axialkolbenmotor eingesetzt. Löst sich beispielsweise eine Stromzufuhr zum Proportionalmagneten 52 oder ist dieser defekt, so wird die Schrägscheibe 8 gemäß 1 mit dem maximalen negativen Schwenkwinkel α verschwenkt. In diesem Zustand wird der die Axialkolbenmaschine 1 einsetzende Lüfter mit seiner vollen Lüfterleistung betrieben, was als „fail safe“ bezeichnet ist. Weiter ist vorteilhaft, dass zur Umkehr einer Drehrichtung des Lüfters die Schrägscheibe 8 lediglich durchgeschwenkt werden muss. Es ist vorgesehen, den Lüfter in normalem Regelbetrieb derart zu betreiben, dass die Schrägscheibe 8 mit einem negativen Schwenkwinkel α verschwenkt ist. Soll beispielsweise ein vom Lüfter gekühlter Kühler gereinigt, (ausgeblasen) werden, so wird die Schrägscheibe 8 einfach im positiven Schwenkwinkelbereich des Schwenkwinkels α geschwenkt. Vorzugsweise wird die Schrägscheibe 8 hierbei mit dem maximalen positiven Schwenkwinkel α verschwenkt. Ein derartiges Ausblasen erfolgt hierbei kurzzeitig, womit ein Überstromen des Proportionalmagneten 52 mit dem Strom IUE sicher erfolgen kann.
-
Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise. Diese hat eine durchschwenkbare Schrägscheibe. Ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe ist hierbei über eine Verstelleinrichtung regelbar. Ein Schwenkwinkel der Schrägscheibe ist dabei über den gesamten Schwenkwinkelbereich proportional zu einer Magnetkraft eines Proportionalmagneten der Verstelleinrichtung.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Axialkolbenmaschine
- 2
- Gehäuse
- 4
- Gehäusedeckel
- 6
- Triebwelle
- 8
- Schrägscheibe
- 10
- Schwenkachse
- 12
- Drehachse
- 14
- Verstelleinrichtung
- 16
- Zylindertrommel
- 18
- Kolben
- 20
- Arbeitsraum
- 22
- Gleitschuh
- 24
- Stellkolben
- 26
- Kolbenbohrung
- 28
- Kolbenkopf
- 30
- Stützfläche
- 32
- Scheibenaussparung
- 34
- Radialbund
- 36
- Dichtring
- 38
- Kolbenaussparung
- 40
- Aussparungsgrund
- 42
- Rückkopplungsfeder
- 44
- Federteller
- 46
- Steuerkolben
- 48
- Ventilpatrone
- 50
- Stellraum
- 52
- Proportionalmagnet
- 54
- Feder
- 56
- zweite Schwenkrichtung
- 58
- Gegenkolben
- 60
- Stirnfläche
- 62
- Kurve
- 64
- erste Schwenkrichtung
- 66
- Kurvenabschnitt
-
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
-
