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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung, die für eine hydrostatische Maschine, insbesondere für eine hydrostatische Axialkolbenmaschine vorgesehen ist und die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, und eine mit einer derartigen Verstelleinrichtung ausgeführte hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Axialkolbenpumpe.
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Zur Regelung von hydrostatischen Kolbenmaschinen sind Verstelleinrichtungen mit einem Stellkolben und einem Regelventil bekannt, mit denen erreicht wird, dass ein von der Kolbenmaschine aufgenommenes oder abgegebenes Drehmoment einen bestimmten Wert oder Wertebereich nicht überschreitet. Diese Art der Regelung wird als Drehmomentregelung, aber auch als Leistungsregelung bezeichnet, wobei bei der letzten Bezeichnung außer Acht gelassen wird, dass in die Leistung einer Maschine eigentlich auch deren Drehzahl eingeht. Das Regelventil wird als Momentenregler, aber auch als Leistungsregler bezeichnet. Es gibt Leistungsregelungen, mit denen das Produkt aus dem Druck am Druckanschluss der Kolbenmaschine und dem Hubvolumen in konstant gehalten wird. Das Hubvolumen ist dabei die pro Umdrehung der Triebwelle durch die Maschine fließende Druckmittelmenge. Bei anderen Arten von Leistungsregelung wird eine hyperbolische Kennlinie zwischen Hubvolumen und Druck, auf der das Drehmoment konstant ist, durch Geraden angenähert. Bei einer solchen Drehmomentregelung wird das Drehmoment nur angenähert konstant gehalten, wobei die Verstelleinrichtung einfacher und kompakter als eine Verstelleinrichtung mit Regelung auf ein konstantes Drehmoment sein kann.
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Aus der
DE 40 20 325 C2 ist eine Verstelleinrichtung zur näherungsweisen Regelung auf ein konstantes Drehmoment für eine verstellbare hydrostatische Pumpe bekannt, bei der der Ventilschieber eines Regelventils, auch Leistungsregler genannt, in einer vom Stellkolben mitnehmbaren Buchse verschiebbar ist und in eine erste Verschieberichtung vom Pumpendruck und in die entgegengesetzte Verschieberichtung von einem aus zwei Federn bestehenden Federpaket beaufschlagt ist, die zwischen dem Ventilschieber und justierbaren, im Übrigen aber eine feste Position innehabenden Federtellern eingespannt sind. Zusätzlich zu dem für die Regelung des Drehmoments vorhanden Regelventil gehören zu der bekannten Verstelleinrichtung sind noch ein Druckregelventil, auch Druckregler genannt, und ein Förderstromregelventil, auch Förderstromregler genannt. Mit jedem dieser Regler lässt sich der Zufluss und der Abfluss von Steueröl in die Stellkammer und aus der Stellkammer am Stellkolben steuern. Das besondere an der Leistungsregelung ist hier, dass der Weg des Stellkolbens direkt als Weg auf die Buchse des Leistungsreglers zurückgekoppelt ist.
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Aus der
US 4,379,389 ist eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einer Triebwelle, mit einer Zylindertrommel, in der sich die Verdrängerkolben befinden, mit einer Schrägscheibe und mit einer Verstelleinrichtung bekannt, die zur Leistungsregelung die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist. Dabei sind der Stellkolben und der Ventilschieber des Leistungsreglers hintereinander in Flucht angeordnet. Wenn bei der aus der
US 4,379,389 bekannten Axialkolbenpumpe das Hubvolumen maximal ist, ist der Stellkolben am weitesten ausgefahren und die Stellkammer am Stellkolben hat ihr größtes Volumen. Der Ventilschieber wird vom Pumpendruck in eine erste Verschieberichtung beaufschlagt. Bei einer Verstellung aus der Neutralstellung heraus in diese Richtung wird Steueröl aus der Stellkammer abgelassen und der Stellkolben fährt zurück. Zwischen dem Stellkolben und dem Ventilschieber sind zwei als Schraubendruckfedern ausgebildete Rückkoppelungsfedern eingespannt, von denen eine erste Rückkopplungsfeder auf dem gesamten Weg des Stellkolbens eine Kraft und die zweite Rückkopplungsfeder von der Position des Stellkolbens, die einem maximalen Hubvolumen entspricht, erst nach einen bestimmten Teilhub des Stellkolbens eine Kraft auf den Ventilschieber ausübt. Dadurch wird eine hyperbelförmige Kennlinie, auf der das Drehmoment konstant ist, durch zwei Geraden angenähert. Bei einer Verstelleinrichtung gemäß der
US 4,379,389 ist der Weg des Stellkolbens als eine Kraft auf den Ventilschieber zuückgekoppelt.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer Verstelleinrichtung, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, ist auch aus der
DE 100 01 826 C1 bekannt. Diese als Axialkolbenpumpe ausgeführte Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise besitzt ein Triebwerk mit einer Vielzahl von Verdrängerkolben, die in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel geführt sind und mit dieser jeweils einen Arbeitsraum begrenzen. Die Verdrängerkolben sind über Gleitschuhe an einer Schrägscheibe abgestützt, deren Schrägstellung zur Veränderung des Hubvolumens veränderbar ist. Wegen der Verschwenkbarkeit wird eine verstellbare Schrägscheibe auch Schwenkwiege genannt. Die Verstellung erfolgt über eine Verstelleinrichtung, die einen Stellkolben aufweist, der mittelbar oder unmittelbar an der Schwenkwiege angreift und diese aus einer Grundposition heraus verschwenkt, in die die Schwenkwiege über einen Gegenkolben oder eine Feder vorgespannt ist. In der Grundposition kann die Schwenkwiege beispielsweise auf ihren maximalen Schwenkwinkel eingestellt sein, in dem das Hubvolumen maximal ist. Anders als bei der Axialkolbenpumpe nach der
US 4,379,389 ist der Stellkolben ganz eingefahren und die Stellkammer hat ihr kleinstes Volumen, wenn das Hubvolumen maximal ist. Durch Ausfahren des Stellkolbens wird die Schwenkwiege zu kleineren Schwenkwinkeln und kleineren Hubvolumina zurückgeschwenkt.
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Der Stellkolben begrenzt eine Stellkammer, die über ein Regelventil (sogenannter Leistungsregler) mit einer den Pumpendruck führenden Leitung oder mit Tank verbindbar ist. Das Regelventil hat einen Ventilschieber, der dieselbe Mittelachse wie der Stellkolben hat und der über zwei Rückkopplungsfedern in eine Grundposition vorgespannt ist, in der die Stellkammer mit Tank verbunden ist. Um nun zu erreichen, dass der Stellkolben in der Grundposition, die maximalem Hubvolumen entspricht, ganz eingefahren ist, sind die Rückkopplungsfedern an einer Federstange abgestützt, die den Ventilschieber durchsetzt und mit dem Stellkolben verbunden ist. Der Ventilschieber ist ein Stufenkolben mit einer Differenzfläche, die mit dem Pumpendruck beaufschlagt und so angeordnet ist, dass der Pumpendruck am Ventilschieber eine Kraft erzeugt, die der Kraft der Rückkopplungsfedern entgegen gerichtet ist.
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Die zwei Rückkopplungsfedern sind bei der bekannten Lösung koaxial zueinander angeordnete Schraubenfedern, von denen eine, ausgehend von einem ganz zurückgefahrenen Stellkolben und minimaler Stellkammer, erst nach einem bestimmten Teilhub und damit ab eine bestimmten Position des Stellkolbens auf den Ventilschieber wirkt. Dadurch ergibt sich eine p-Q-Kennlinie (Druck-Hubvolumen-Kennlinie), die aus zwei Geraden besteht, wobei die Steigung der einen Geraden durch die Federkonstante der zunächst in Eingriff befindlichen Feder und die Steigung der weiteren Geraden durch die Summe der Federkonstanten der nach dem Teilhub gemeinsam im in Eingriff befindlichen Federn bestimmt ist. Durch diese beiden zueinander angestellten Geraden wird die hyperbelförmige p-Q-Kennlinie, auf der das Drehmoment konstant ist, näherungsweise erhalten. Die sich aus zwei Geraden zusammensetzende Kennlinie hat einen Knick bei dem Fördervolumen, das der Position des Stellkolbens entspricht, an der die zweite Rückkopplungsfeder zu wirken beginnt.
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Nachteilig bei der bekannten Lösung ist, dass die Verstelleinrichtung aufgrund der den Regelkolben durchsetzenden Federstange sehr komplex aufgebaut ist und zudem eine erhebliche Baulänge hat.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung und eine mit einer derartigen Verstelleinrichtung ausgeführte Axialkolbenmaschine zu schaffen, bei denen die Leistungs-/Momentenregelung mit verringertem vorrichtungstechnischen Aufwand ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Verstelleinrichtung durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf die Axialkolbenmaschine durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruchs 18 gelöst.
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Eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung zur Momentenregelung einer in ihrem Hubvolumen verstellbaren hydrostatischen Kolbenmaschine besitzt einen Stellkolben, der eine Stellkammer begrenzt, ein Regelventil, das einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss, der fluidisch mit der Stellkammer verbunden ist, und einen Ventilschieber aufweist, der in einer Regelstellung den dritten Anschluss vom ersten Anschluss und vom zweiten Anschluss trennt und außerhalb der Regelstellung den dritten Anschluss mit dem ersten Anschluss oder mit dem zweiten Anschluss fluidisch verbindet, so dass Druckmittel der Stellkammer zufließt oder aus der Stellkammer abfließt. Der Ventilschieber weist eine Messfläche auf, an der er vom Betriebsdruck der Kolbenmaschine in eine erste Verschieberichtung beaufschlagbar ist. Eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung besitzt weiterhin eine erste Rückkoppelungsfeder und eine zweite Rückkopplungsfeder, von denen auf den Ventilschieber eine von der Position des Stellkolbens abhängende Rückkopplungskraft ausgeübt wird. Die von den Rückkopplungsfedern ausgeübte Rückkoppelungskraft ist in die erste Verschieberichtung, also in dieselbe Verschieberichtung gerichtet wie die vom Betriebsdruck an der Messfläche des Ventilschiebers erzeugte Kraft. Bei einer Verstellung des Stellkolbens in Richtung maximales Hubvolumen der Kolbenmaschine geht ab einer bestimmten Position des Stellkolbens in die Zunahme der von den beiden Rückkopplungsfedern auf den Regelkolben ausgeübten Kraft nur noch die Federkonstante der ersten Rückkopplungsfeder ein. Außerdem ist eine Regelfeder vorhanden, von der auf den Ventilschieber eine Kraft in eine zur ersten Verschieberichtung entgegengesetzten, zweiten Verschieberichtung ausgeübt wird.
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Bei einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung nimmt der Ventilschieber wie auch bei den bekannten Verstelleinrichtungen seine Regelstellung ein, wenn die an ihm angreifenden Kräfte in der Regelstellung im Gleichgewicht zueinander stehen. Unter der Annahme, dass der in der Stellkammer anstehende Druck keine resultierende Kraft auf den Ventilschieber ausübt, ist also in der Regelstellung die Summe aus der Federkraft der Rückkoppelungsfedern und der vom Betriebsdruck ausgeübten Druckkraft genauso groß wie die Federkraft der Regelfeder plus eine eventuell mit der Regelfeder wirkende Zusatzkraft. Eine Änderung des Betriebsdrucks führt zu einer Verschiebung des Ventilschiebers aus der Regelstellung. Druckmittel fließt dann der Stellkammer zu oder aus der Stellkammer ab, so dass der Stellkolben verfahren wird und sich die von den Rückkopplungsfedern auf den Ventilschieber ausgeübte Federkraft verändert. Der Ventilschieber kehrt in seine Regelstellung zurück und stoppt den Druckmittelfluss, sobald der Stellkolben eine Position erreicht hat, in der die Änderung der Betriebsdrucks durch eine gegenläufige Änderung der Federkraft der Rückkopplungsfedern kompensiert ist und die Summe aus der Federkraft der Rückkoppelungsfedern und der Druckkraft wieder gleich der Federkraft der Regelfeder plus eine eventuell mit der Regelfeder wirkende Zusatzkraft ist. Ausgehend von einer Position des Stellkolbens, die einem minimalen Hubvolumen entspricht, geht gemäß der Erfindung bei einer Verstellung des Stellkolbens in Richtung maximales Hubvolumen ab einer bestimmten Position des Stellkolbens nur noch die Federkonstante der ersten Rückkopplungsfeder ein. Das bedeutet, dass die Druckkraft zwischen der bestimmten Position des Stellkolbens und der Position des Stellkolbens, die dem maximalen Hubvolumen entspricht, mit einer dem Betrage nach gleichen Steigung abnimmt, wie die Federkraft der ersten Rückkopplungsfeder zunimmt. In Positionen des Stellkolbens vor der bestimmten Position gehen in die Zunahme der von den Rückkopplungsfedern ausgeübten Federkraft die Federkonstanten beider Rückkopplungsfedern ein. Dabei sorgt die zweite Rückkopplungsfeder dafür, dass die Steigung, mit der die Federkraft bis zu der bestimmten Position zunimmt, größer ist als nach der bestimmten Position. Entsprechend nehmen die Druckkraft und damit der Druck vor der bestimmten Position des Stellkolbens mit größerer Steigung ab als nach der bestimmten Position. Es ergibt sich somit die gewünschte Kennlinie zwischen dem Betriebsdruck und dem Hubvolumen mit einem Knick zwischen zwei geraden Abschnitten, wobei sich der Knick an der bestimmten Position des Stellkolbens befindet. Hier sei noch darauf hingewiesen, dass üblicherweise der Betriebsdruck die variable Größe ist und das Hubvolumen entsprechend eingestellt wird. Die Kennlinie lässt sich also auch so charakterisieren, dass eine Änderung des Betriebsdrucks um einen bestimmten Wert bei hohen Betriebsdrücken eine kleinere Änderung des Hubvolumens herbeiführt als bei niedrigen Betriebsdrücken.
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Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass die Kolbenstange entfallen kann, so dass die Verstelleinrichtung mit geringerem vorrichtungstechnischen Aufwand und geringerer Baulänge realisierbar ist. Es können zwei Rückkopplungsfedern, aber auch mehr als zwei Rückkopplungsfedern vorhanden sein, wobei in letzterem Fall eine Druck-Hubvolumen-Kennlinie mit mehr als einem Knick möglich ist.
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Die Aufgabe wird auch mit einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gelöst, die eine vorbeschriebene erfindungsgemäße Verstelleinrichtung aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung kann man den Unteransprüchen 2 bis 17 entnehmen.
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Bei einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung hat der Stellkolben üblicherweise bei maximalem Hubvolumen der Kolbenmaschine vom Ventilschieber den geringsten und bei minimalem Hubvolumen der Kolbenmaschine vom Ventilschieber den größten Abstand.
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Vorzugsweise ist die zweite Rückkopplungsfeder so angeordnet, dass sie auf einem ersten Teilweg gegen die Federkraft der ersten Rückkopplungsfeder wirkt und auf einem zweiten Teilweg des Stellkolbens völlig entspannt ist. Es ist hier denkbar, dass die beiden Rückkopplungsfedern völlig unabhängig voneinander auf den Ventilschieber wirken. Ausgehend von einer Position des Stellkolbens und damit ausgehend von einem Hubvolumen, in der beziehungsweise bei dem die Kennlinie einen Knick hat, ist bei einer Verstellung in Richtung kleineres Hubvolumen die auf den Ventilschieber ausgeübte Federkraft die Differenz zwischen der abnehmenden Federkraft der ersten Rückkopplungsfeder und der zunehmenden Kraft der zweiten Rückkopplungsfeder, so dass die auf den Ventilschieber wirkende Federkraft stark abnimmt und der Betriebsdruck entsprechend stark zunehmen kann. Ausgehend von der besagten Position des Stellkolbens ist bei einer Verstellung in Richtung größeres Hubvolumen die zweite Rückkopplungsfeder völlig entspannt, so dass die auf den Ventilschieber wirkende Federkraft entsprechend der Federkonstanten der ersten Rückkopplungsfeder schwach zunimmt und der Betriebsdruck entsprechend schwach abnimmt.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wirken die beiden Rückkopplungsfedern nicht unabhängig voneinander auf den Stellkolben, sondern sind zwischen dem Stellkolben und einem Federlager, das am Ventilschieber anliegt, so angeordnet, dass auf dem ersten Teilweg des Stellkolbens die erste Rückkopplungsfeder auf das Federlager eine Kraft in die eine Richtung und die zweite Rückkopplungsfeder auf das Federlager eine Kraft in die entgegengesetzte Richtung ausübt. Ausgehend von einer Position des Stellkolbens und damit ausgehend von einem Hubvolumen, in der beziehungsweise bei dem die Kennlinie einen Knick hat, wird bei einer Verstellung in Richtung kleineres Hubvolumen die abnehmende Kraft der ersten Rückkopplungsfeder um eine zunehmende Kraft der zweiten Rückkopplungsfeder schon am Federteller weiter vermindert, so dass die auf den Ventilschieber wirkende Federkraft stark abnimmt und der Betriebsdruck entsprechend stark zunimmt.
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Die erste Rückkopplungsfeder stützt sich bevorzugt unmittelbar am Stellkolben ab. Die zweite Rückkopplungsfeder stützt sich vorteilhafterweise über ein in den Stellkolben eingesetztes Halteteil am Stellkolben ab. Bei dem Halteteil kann es sich um einen in den Stellkolben eingesetzten Sprengring handeln. Das Halteteil kann auch ein in den Stellkolben eingesetzter zentraler Fortsatz sein, der den Federteller durchdringt.
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Bevorzugt ist das Federlager als Buchse mit einer inneren Abstützfläche für die eine Rückkopplungsfeder und mit einer äußeren Abstützfläche für die andere Rückkopplungsfeder ausgebildet, wobei die Abstützfläche für die zweite Rückkoppelungsfeder von dem am Ventilschieber anliegenden Ende des Federlagers weiter entfernt ist als die Abstützfläche für die erste Rückkopplungsfeder. Dadurch ist zumindest in Teilabschnitten des Stellkolbenweges eine zumindest teilweise überlappende Anordnung der beiden Rückkopplungsfedern und damit in Achsrichtung des Stellkolbens eine kurze Bauweise möglich
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Die zweite Rückkopplungsfeder kann sich außen oder innen an dem als Buchse ausgebildeten Federlager befinden.
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Bei einer anderen Ausführung wirkt die zweite Rückkopplungsfeder ihre Kraft zur Kraft der ersten Rückkopplungsfeder addierend auf den Ventilschieber, wobei bei einer Verstellung des Stellkolbens in Richtung maximales Hubvolumen der Kolbenmaschine ab der bestimmten Position des Stellkolbens die Kraft, die die zweite Rückkopplungsfeder auf den Ventilschieber ausübt, konstant bleibt. Ausgehend von einer Position des Stellkolbens und damit ausgehend von einem Hubvolumen, in der beziehungsweise bei dem die Kennlinie einen Knick hat, ist bei einer Verstellung in Richtung kleineres Hubvolumen die auf den Ventilschieber ausgeübte Federkraft die Summe zwischen der abnehmenden Federkraft der ersten Rückkopplungsfeder und der abnehmenden Kraft der zweiten Rückkopplungsfeder, so dass die auf den Ventilschieber wirkende Federkraft stark abnimmt und der Betriebsdruck entsprechend stark zunehmen kann. Ausgehend von der besagten Position des Stellkolbens bleibt bei einer Verstellung in Richtung größeres Hubvolumen die von der zweiten Rückkopplungsfeder auf den Ventilschieber ausgeübte Kraft konstant, so dass die auf den Ventilschieber wirkende Federkraft entsprechend der Federkonstanten der ersten Rückkopplungsfeder schwach zunimmt und der Betriebsdruck entsprechend schwach abnimmt.
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Gegenüber der Ausgestaltung mit einer Subtraktion der Federkraft der zweiten Rückkopplungsfeder von der Federkraft der ersten Rückkopplungsfeder kann bei der Ausgestaltung mit einer Summation der beiden Federkräfte auf einem Teilweg und anschließender Konstanthaltung der Kraft der zweiten Rückkopplungsfeder das Kraftniveau der ersten Rückkopplungsfeder geringer sein.
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Die Summation der Federkräfte auf einem Teilweg und die anschließende Konstanthaltung der Federkraft der zweiten Rückkopplungsfeder lässt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen. dass die zweite Rückkopplungsfeder zwischen dem Federlager und einem Anschlagteil eingespannt ist, wobei zwischen dem Anschlagteil und dem Stellkolben eine Stützfeder eingespannt ist und wobei das Anschlagteil ab der bestimmten Position des Stellkolbens an einer weiteren Bewegung gehindert ist.
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Das Anschlagteil schlägt in der bestimmten Position des Stellkolbens vorteilhafterweise an ein Gehäuse des Regelventils an.
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Würde der Stelldruck in der Stellkammer eine resultierende Kraft auf den Ventilschieber ausüben, so würde dies, auch wenn der Stelldruck im Allgemeinen wesentlich kleiner als der Betriebsdruck ist, die Genauigkeit der Leistungsregelung negativ beeinflussen, zumal der Stelldruck vom Betriebsdruck, der sich mit der Position des Stellkolbens ändernden Kraft einer Rückstellfeder für die Schrägscheibe und anderen Parametern abhängt. Es ist deshalb günstig, wenn der Ventilschieber hinsichtlich des in der Stellkammer anstehenden Drucks kraftausgeglichen ist.
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Durch eine Steuerung der Fluidverbindungen mit Hilfe einer Ringnut im Ventilschieber und durch einen innerhalb des Ventilschiebers verlaufenden Fluidpfad von der Ringnut in die Stellkammer ist eine sehr kompakte Bauweise möglich.
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Drei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Es zeigen
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1 einen Längsschnitt durch eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit der Außenkontur einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung,
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2a einen Längsschnitt durch einen Teil des ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung der Axialkolbenmaschine gemäß 1,
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2b einen Längsschnitt durch einen anderen Teil des ersten Ausführungsbeispiels,
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3 einen Längsschnitt durch die Verstelleinrichtung aus den 2a und 2b in einer gegenüber der Schnittebene nach den 2a und 2b um 90 Grad gedrehten Ebene,
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4 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus 3,
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5 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung im Bereich der Rückkoppelungsfedern und
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6 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung im Bereich der Rückkoppelungsfedern.
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Die in 1 gezeigte hydrostatische Axialkolbenmaschine ist als Axialkolbenpumpe ausgeführt. Diese hat ein Pumpengehäuse 11, das aus einem topfartigen Gehäusehauptteil 12 und einer Anschlussplatte 13 besteht und in dem ein Triebwerk 14 untergebracht ist. Zu diesem Triebwerk gehören eine Zylindertrommel 15, eine Triebwelle 16, die über zwei Kegelrollenlager 17 und 18 in dem Pumpengehäuse gelagert ist und mit der die Zylindertrommel 15 verdrehsicher gekoppelt ist, und eine in ihrer Winkelstellung gegenüber der Achse der Triebwelle verstellbare Schwenkwiege 19. In der Zylindertrommel 15 ist eine Vielzahl von Verdrängerkolben 20, die jeweils einen Arbeitsraum 21 begrenzen, parallel zur Achse der Triebwelle geführt. Die Druckmittelzufuhr und die Druckmittelabfuhr zu den Arbeitsräumen 21 wird über zwei Steuernieren 22 und 23 gesteuert, die in einer verdrehfest zum Gehäuse gehaltenen Steuerplatte 24 ausgebildet sind und die in Druckmittelverbindung mit einem Druckanschluss und einem Sauganschluss in der Anschlussplatte 13 stehen. Die Steuernieren 22 und 23 sind in dem Schnitt nach 1 an sich nicht zu sehen, weil sie vor und hinter der Zeichenebene liegen, der Klarheit wegen aber eingezeichnet.
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Die von den Arbeitsräumen 21 abgewandten Köpfe der Verdrängerkolben 20 sind über Gleitschuhe 25 an einer Schwenkwiege 19 abgestützt, deren Schwenkwinkel α zur Veränderung des Hubvolumens mittels einer strichpunktiert angedeuteten Verstelleinrichtung 30 verstellbar ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schwenkwiege 19 über eine Rückstellfeder 31 in eine Grundposition vorgespannt, in der der Schwenkwinkel und somit das Hubvolumen maximal sind. Durch Ausfahren eines im Folgenden noch näher erläuterten Stellkolbens 32 der Verstelleinrichtung 30 lässt sich die Schwenkwiege gegen die Kraft der Rückstellfeder und gegen die Triebwerkskräfte zur Verringerung des Schwenkwinkels und damit des Hubvolumen bis in eine Stellung minimalen Hubvolumens, zum Beispiel bis zum Hubvolumen null zurückschwenken. In der 1 ist die Schwenkwiege in einer Stellung gezeigt, in der die Anlagefläche für die Verdrängerkolben senkrecht auf der Achse der Triebwelle steht, das Hubvolumen somit null ist. Die Verdrängerkolben dagegen sind in einer Stellung maximalen Hubvolumens gezeigt. Die Anbindung der Verstelleinrichtung 30 an die Schwenkwiege 19 erfolgt wie dargestellt beispielsweise über eine in die Schwenkwiege bewegbar eingesetzte Kugel 33 mit einer Abflachung.
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Eine erste Verstelleinrichtung 30, die für die Axialkolbenpumpe aus 1 verwendbar ist, ist in den 2 bis 4 gezeigt.
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Die Verstelleinrichtung 30 umfasst als wesentliche Baugruppen den schon erwähnten Stellkolben 32 und ein Regelventil 60, die in Flucht hintereinander auf derselben Mittelachse angeordnet und in einem länglichen Hohlraum des Gehäusehauptteils 12 eingesetzt sind. Das Regelventil hat ein patronenartiges Ventilgehäuse 61, das in das Gehäusehauptteil 12 eingeschraubt ist und das eine in Richtung der Mittelachse verlaufende Ventilbohrung 62 aufweist, in der ein Ventilschieber 63 in Richtung der Bohrungsachse verschiebbar ist.
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Der Stellkolben 32 ist in dem Gehäusehauptteil 12 geführt und als Büchse ausgebildet, die zu dem Regelventil 60 hin offen ist und einen Boden 41 mit einer ebenen Außenseite 42 aufweist, mit der er an der Abflachung der Kugel 33 anliegt. Im Innern des Stellkolbens 32 ist ein büchsenartiges Federlager 43 aufgenommen, das zum Boden 41 des Stellkolbens 32 hin offen und mit einem Boden 44 dem Regelventil 60 zugekehrt ist und mit diesem Boden an dem Ventilschieber 63 des Regelventils anliegt. Zwischen dem Boden 41 des Stellkolbens 32 und einer Innenschulter 45, die sich etwa mittig des Federlagers 43 befindet, ist eine erste als Schraubendruckfeder ausgebildete Rückkopplungsfeder 46 eingespannt. Die Position der Innenschulter 45 ist abhängig vom Leistungsniveau und der Nenngröße einer Pumpe und kann bei anderen Ausführungen anders als gezeigt gelegen sein. Die von der Rückkopplungsfeder 46 ausgeübte Kraft ist unabhängig von der Position des Stellkolbens 32 immer größer null. An seinem offenen Ende hat das Federlager einen Außenbund 47. Dieser ermöglicht die Anlage einer zweiten als Schraubendruckfeder ausgebildeten Rückkopplungsfeder 49 am Federlager 43. Die zweite Rückkopplungsfeder 49 befindet sich außen am Federlager 43 zwischen diesem und dem Stellkolben 32. Axial ist sie zwischen dem Außenbund 47 am Federlager 43 und einem in den Stellkolben 32 eingesetzten Sprengring 50 angeordnet. Zwischen dem Sprengring und der Rückkopplungsfeder 49 können keine, eine oder mehrere Abstimmscheiben 48 eingefügt sein, mit denen festgelegt wird, an welcher Position des Stellkolbens 32 und damit der Schwenkwiege 19 die zweite Rückkopplungsfeder 49 in Eingriff kommt und der Knick in der Kennlinie liegt. Aufgrund der Lage der Innenschulter 45 und des Außenbunds 47 am Federlager 43 können sich die beiden Rückkopplungsfedern 46 und 49 axial überlappen, so dass eine kurze Bauweise möglich ist.
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Mit dem Außenbund 47 ist das Federlager 43 an dem Stellkolben 32 geführt, so dass sich für das Federlager eine 2-Punkt-führung mit dem Außenbund 47 am Stellkolben 32 und mit dem Boden 44 am Ventilschieber 63 ergibt.
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In den 2 bis 4 ist der Stellkolben 32 in einer Position gezeigt, in der er an dem Ventilgehäuse 61 anliegt und die einem maximalen Hubvolumen der Axialkolbenpumpe entspricht. In dieser Position des Stellkolbens 32 ist der lichte Abstand zwischen dem Sprengring 50 und der Außenschulter 47 unter Berücksichtigung der Dicke von eventuell vorhandenen Abstimmscheiben 48 größer als die Länge der völlig entspannten zweiten Rückkopplungsfeder 49. Wenn sich nun der Stellkolben 32 ausgehend von der in den 2 bis 4 gezeigten Position in Richtung kleineres Hubvolumen vom Ventilgehäuse 61 wegbewegt, ist zunächst nur die Rückkopplungsfeder 46 wirksam und die auf das Federlager 43 in Richtung auf den Ventilschieber 63 ausgeübte Kraft nimmt mit einer der Federkonstanten der Rückkopplungsfeder 46 entsprechenden Steigung mit dem Weg ab. Schließlich erreicht der Stellkolben 32 eine bestimmte Position, in der der lichte Abstand zwischen dem Sprengring 50 und der Außenschulter 47 unter Berücksichtigung der Dicke von eventuell vorhandenen Abstimmscheiben 48 gleich der Länge der völlig entspannten zweiten Rückkopplungsfeder 49 ist. Bei der weiteren Bewegung wird nun die Rückkopplungsfeder 49 immer stärker gespannt. Da sie auf das Federlager 43 eine Kraft ausübt, die der Kraft der Rückkopplungsfeder 49 entgegen gerichtet ist, nimmt ab der bestimmten Position des Stellkolbens 32 die auf das Federlager 43 in Richtung auf den Ventilschieber 43 zu ausgeübte Kraft mit dem Weg des Stellkolbens 32 stärker ab als vor dem Überschreiten der bestimmten Position.
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Die Ventilbohrung 62 des Ventilgehäuses 61 ist zum Stellkolben 32 hin offen und wird axial voneinander beabstandet von einer ersten Querbohrung 64 und von einer zweiten Querbohrung 65 gequert, die außen an dem Ventilgehäuse in durch Dichtungen voneinander und vom Inneren des Pumpengehäuses 11 getrennte Ringräume münden. Die Querbohrung 64, die sich näher an dem dem Stellkolben 32 zugekehrten Ende des Ventilgehäuses 61 befindet, ist direkt oder über weitere Regler der Pumpe mit Tank verbindbar. Sie dient deshalb als Druckmittelabflusskanal. Wenn die weiteren Regler aktiv sind, ist die Querbohrung 64 über die weiteren Regler auch mit dem Druckanschluss der Pumpe verbindbar und dient dann als Druckmittelzuflusskanal. Die Querbohrung 65 ist mit dem Druckanschluss der Pumpe verbunden. Sie dient also nur als Druckmittelzuflusskanal.
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Der Ventilschieber 63 besitzt zwischen zwei Steuerbunden 66 und 67 eine Ringnut 68, deren Breite gleich dem lichten Abstand der beiden Querbohrungen 64 und 65 ist. In der Ringnut 68 weist der Ventilschieber als Querbohrung eine Radialbohrung 69 auf, die innen auf eine als Sackbohrung ausgebildete Axialbohrung 70 trifft, die an der dem Federlager 43 und dem Stellkolben 32 zugekehrten Stirnseite des Ventilschiebers 63 offen ist. Die Radialbohrung 69 hat einen kleineren Querschnitt als die Axialbohrung 70. Dadurch wird der Rückstoß auf den Ventilschieber 63 verringert und so der Einfluss der Strömungskräfte auf die Ventilcharakteristik reduziert.
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In der in den 2 bis 4 gezeigten Regelstellung des Ventilschiebers 63 sind die beiden Querbohrungen 64 und 65 durch die Steuerbunde 66 und 67 gerade überdeckt. Das Regelventil 60 ist also mit einer Nullüberdeckung ausgebildet. Allerdings ist auch eine geringe negative Überdeckung möglich, wobei dann die Breite der Ringnut 68 geringfügig größer als der lichte Abstand der beiden Querbohrungen 64 und 65 ist. Wird der Ventilschieber aus der gezeigten Regelstellung in der Ansicht nach den 2 bis 4 nach links bewegt, so wird über die Ringnut 68 und die Bohrungen 69 und 70 eine fluidische Verbindung zwischen der Querbohrung 64 und einer durch den Stellkolben 32, das Gehäusehauptteil 12 und das Ventilgehäuse 61 gebildete Stellkammer 55 hergestellt. Aus dieser kann somit Steueröl zum Tank verdrängt werden, so dass sich der Stellkolben 32 unter Verkleinerung des Volumens der Stellkammer 55 in Richtung größeres Hubvolumen bewegt.
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Wird der Ventilschieber aus der gezeigten Regelstellung in der Ansicht nach den 2 bis 4 nach rechts bewegt, so wird über die Ringnut 68 und die Bohrungen 69 und 70 eine fluidische Verbindung zwischen der Querbohrung 65 und der Stellkammer 55 hergestellt. Dieser kann nun Steueröl vom Druckanschluss der Pumpe zufließen, so dass sich der Stellkolben 32 unter Vergrößerung des Volumens der Stellkammer 55 in Richtung kleineres Hubvolumen bewegt. Damit der Steuerölfluss frei möglich ist, ist das Federlager mit einer Bohrung 71 in seinem Boden unmittelbar vor dem Ventilschieber 63 und mit Öffnungen 72 in seiner Wand versehen.
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Im Bereich der Querbohrung 65 besitzt die Ventilbohrung 62 eine Stufe in der Art, dass ihr Durchmesser von der Stufe aus bis zu dem dem Stellkolben 32 zugekehrten Ende des Ventilgehäuses 61 geringfügig kleiner ist als der Durchmesser von der Stufe aus in die andere Richtung. Entsprechend der Stufe in der Ventilbohrung 62 weist der Ventilschieber 63 in dem Steuerbund 67 eine Stufe auf, in der sich der Durchmesser von dem Durchmesser in dem Steuerbund 66 auf einen anderen Durchmesser vergrößert, so dass eine Messfläche 75 gebildet ist, an der der Ventilschieber 63 von dem in der Querbohrung 65 anstehenden Pumpendruck beaufschlagt ist. Von diesem wird an der Messfläche 75 eine Druckkraft erzeugt, die in die gleiche Richtung gerichtet ist wie die Kraft, die über das Federlager 43 von den Rückkopplungsfedern 46 und 49 auf den Ventilschieber 63 ausgeübt wird.
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Von der Querbohrung 64 aus gesehen jenseits der Querbohrung 65 ragt der Ventilschieber 63 in einen erweiterten Abschnitt 73 der Ventilbohrung 62 hinein, der über eine Querbohrung 74 mit dem Inneren des Pumpengehäuses verbunden ist. In dem Bereich herrscht also der Gehäusedruck, der nur geringen Druckschwankungen unterliegt und angenähert dem Tankdruck entspricht. Die durch diesen Druck auf den Ventilschieber 63 ausgeübte Kraft ist damit vernachlässigbar.
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Benachbart zu der Querbohrung 74 weist das Ventilgehäuse 61 einen außen mit einem Gewinde versehenen Gewindeabschnitt 76, dem nach einer Eindrehung 77 für eine Dichtung 78 ein Flansch 79 folgt. Mit dem Gewindeabschnitt 76 wird das Regelventil 60 in den Gehäusehauptteil 12 eingeschraubt, bis der Flansch 79 am Gehäusehauptteil 12 anliegt.
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Von dem dem Stellkolben 32 abgewandten Ende her ist in das Ventilgehäuse 61 ein nippelartiges Zusatzgehäuseteil 80 eingeschraubt, das mittig einen durchgängigen Hohlraum 81 mit drei Hohlraumabschnitten 82, 83 und 84 verschiedenen Durchmessers aufweist. Der mittlere Hohlraumabschnitt 83 hat den kleinsten Durchmesser. Der sich nach innen zum Ventilschieber 63 hin anschließende Hohlraumabschnitt 82 hat einen größeren Durchmesser, wobei die Durchmesserdifferenz zwischen den beiden genannten Hohlraumabschnitten 82 und 83 so gewählt ist, dass die Differenzquerschnittsfläche zwischen den beiden Hohlraumabschnitten genau der Querschnittsfläche des Ventilschiebers 63 im Bereich des Steuerbunds 66 entspricht. An dieser Querschnittsfläche wird der Ventilschieber von dem in der Stellkammer 55 herrschenden Druck in der Ansicht der 2 bis 4 nach rechts beaufschlagt.
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In dem Hohlraumabschnitt 82 des Zusatzgehäuseteils 80 ist ein Ausgleichskolben 85 geführt, der mit einer Kolbenstange 86 mit engem Spiel weitgehend dicht durch den Hohlraumabschnitt 83 des Hohlraums 81 hindurchgeführt ist und in den Hohlraumabschnitt 84 mit dem größten Durchmesser hineinragt. Durch die Kolbenstange 86 ist an dem Ausgleichskolben 85 innerhalb des Hohlraumabschnitts 82 eine effektive Ringfläche 87 gebildet, die gleich der Querschnittsfläche des Ventilschiebers 63 im Bereich des Steuerbunds 66 ist. Über eine Längsbohrung 91 und eine Querbohrung in dem Ausgleichskolben 85, eine Quer- und eine Sackbohrung an der dem Ausgleichskolben zugekehrten Ende des Ventilschiebers 63 und die Querbohrung 74 des Ventilgehäuses 61 ist der Hohlraumabschnitt 84 mit dem Inneren des Pumpengehäuses 11 fluidisch verbunden, in dem annähernd Tankdruck herrscht, so dass der Ausgleichskolben 85 hinsichtlich des Führungsquerschnitts seiner Kolbenstange 86 in dem Hohlraumabschnitt 83 druckentlastet ist.
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Der Hohlraumabschnitt 82 des Hohlraums 81 nimmt neben dem Ausgleichskolben 85 noch eine Regelfeder 90 auf, die die Kolbenstange 86 umgibt und sich an einer Stufe zwischen den beiden Hohlraumabschnitten 82 und 83 an dem Zusatzgehäuseteil 80 und an der Ringfläche 87 des Ausgleichkolbens 85 abstützt und den Ausgleichskolben 85 gegen den Ventilschieber 63 drückt. Die Regelfeder 90 übt also über den Ausgleichskolben 85 ein Kraft aus, die der von dem Pumpendruck erzeugten Kraft und der von den Rückkopplungsfedern 46 und 49 ausgeübten Kraft entgegen gerichtet ist.
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Das durch den Ausgleichskolben 85 und das Zusatzgehäuseteil 80 begrenzte Volumen des Hohlraumabschnitts 82 ist über ein exzentrisch gelegene Längsbohrung 92 im Ventilgehäuse 61 und eine Querbohrung 93 in dem Zusatzgehäuseteil 80 mit der Stellkammer 55 fluidisch verbunden und bildet somit einen Druckraum 94, in dem der Stelldruck ansteht. Der Stelldruck beaufschlagt den Ausgleichskolben 85 an der Ringfläche 87, die genauso groß ist wie die Querschnittsfläche des Ventilschiebers 63 im Bereich des Steuerbundes 66. Der Ventilschieber wird also durch den Stelldruck einerseits an seiner dem Stellkolben 32 zugekehrten Stirnseite in die eine Richtung und andererseits über den Ausgleichskolben 85 in die Gegenrichtung beaufschlagt. Die Beaufschlagungsflächen sind gleich groß, so dass der Ventilschieber hinsichtlich des Stelldrucks kraftausgeglichen oder, wie dies üblicherweise bezeichnet wird, druckausgeglichen ist.
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Die Längsbohrung 92 geht von der dem Stellkolben 32 zugekehrten Stirnseite des Ventilgehäuses 61 aus und mündet in einer Stufe einer stufigen Ausnehmung des Ventilgehäuses 61 für das Zusatzgehäuseteil 80. Von dort stellt die Bohrung 93 im Zusatzgehäuseteil die Verbindung zum Druckraum 94 her. Im Ventilgehäuse ist also keine Schräg- oder Radialbohrung notwendig.
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Der Ausgleichskolben 85 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mitsamt seiner Kolbenstange 86 ein eigenständiges einstückiges Bauteil. Der Ventilschieber und der Ausgleichskolben können auch als ein einstückiges Bauteil realisiert sein. Zwei getrennte Teile erleichtern jedoch die Fertigung, da Fluchtungsfehler zwischen der Ventilbohrung 62 im Ventilgehäuse 61 und dem Hohlraumabschnitt 82 im Zusatzgehäuseteil 80 ohne Einfluss auf die Leichtgängkeit des Ventilschiebers 63 und des Ausgleichskolbens 85 bleiben.
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Der Hohlraumabschnitt 84 ist mit einem Innengewinde versehen. Er kann durch eine Verschlussschraube nach außen verschlossen sein.
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Vorliegend ist jedoch ein Proportional-Elektromagnet 100 auf das Zusatzgehäuseteil 80 aufgeschraubt. Der Elektromagnet weist einen Magnetanker 101 mit einem Stößel 102, der am Ausgleichskolben 85 anliegt, und eine Schraubendruckfeder 103 auf, die den Magnetanker in Richtung auf den Ausgleichskolben 85 hin belastet. Die Schraubendruckfeder 103 wirkt also zusätzlich zu der Regelfeder 90 und in die gleiche Richtung wie diese auf den Ventilschieber 63. Man kann die beiden Federn 90 und 103 insgesamt als Regelfederanordnung bezeichnen, die auf den Ventilschieber eine Kraft in eine Richtung ausüben, die der Kraft der Rückkopplungsfedern 46 und 49 und der Druckkraft, die der Betriebsdruck an der Messfläche 75 des Ventilschiebers erzeugt, entgegen gerichtet ist. Die Spannung der Schraubendruckfeder 103 kann mit einer Stellschraube 104 verändert werden. Die Stellschraube ist auch im eingebauten Zustand des Regelventils 60 in der Pumpe zugänglich. Dies ermöglicht eine einfache Abstimmung des Regelventils mit der Pumpe. Die Einstellung des Drehmoments ist somit auch im Feld ohne Ausbau der Pumpe oder des Reglers möglich. Die beiden Federn 90 und 103 können auch durch eine einzige Feder ersetzt sein, die dann vorzugsweise dort angeordnet ist, wo sich im gezeigten Ausführungsbeispiel die Feder 103 befindet.
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Bei einer Bestromung des Elektromagneten 100 wird auf den Magnetanker eine Kraft ausgeübt, die gegen die Kraft der Schraubendruckfeder 103 gerichtet ist. Die von dem Elektromagneten einschließlich der Schraubendruckfeder 103 auf den Ausgleichskolben 85 und damit auf den Ventilschieber ausgeübte Kraft kann somit im Betrieb durch unterschiedliche Bestromung des Proportionalmagneten verändert werden. Auf diese Weise lässt sich die Drehmomentkennlinie verschieben. Bei unbestromtem Proportionalmagnet ist das geregelte Drehmoment am größten, weil durch den Elektromagneten nichts von der Kraft der Schraubendruckfeder weggenommen wird. Der Proportionalmagnet hat eine fallende Kennlinie, da mit zunehmender Stromstärke die über den Stößel 102 auf den Ausgleichskolben 85 und über diesen auf den Ventilschieber 63 ausgeübte Kraft abnimmt.
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Denkbar ist auch die Verwendung eines Proportional-Elektromagneten mit steigender Kennlinie, wenn die Drehmomentkennlinie mit zunehmendem durch den Elektromagneten fließendem Strom zu größeren Werten verschoben werden soll.
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Da in dem Hohlraumabschnitt 84 des Zusatzgehäuseteils 80 und damit auch im Proportionalmagnet 100 der Gehäusedruck ansteht, muss der Proportionalmagnet nicht hochdruckfest sein.
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Anstelle eines Elektromagneten kann an das Zusatzgehäuseteil 80 auch eine hydraulische Steuerleitung angeschlossen werden, über die der Hohlraumabschnitt 84 mit einer Steuerdruckquelle verbunden werden kann. Es wird dann ein Ausgleichskolben 85 ohne Längsbohrung verwendet, so dass der Hohlraumabschnitt 84 fluidisch vom Inneren des Pumpengehäuses 11 getrennt ist. Ein in den Hohlraumabschnitt 84 eingesteuerter Steuerdruck beaufschlagt die Kolbenstange 86 des Ausgleichskolbens 85, so dass je nach Höhe des Steuerdrucks zusätzlich zur Kraft der Regelfeder 90 eine unterschiedlich hohe zusätzliche Kraft auf den Ventilschieber 63 wirkt und die Drehmomentkennlinie verschoben werden kann.
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Das Zusatzgehäuseteil 80 ist also eine universelle Schnittstelle für verschieden modifizierte erfindungsgemäße Verstelleinrichtungen.
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In den 2 bis 4 ist die Verstelleinrichtung in einem Zustand gezeigt, in dem die Schwenkwiege 19 der Axialkolbenpumpe aus 1 maximal verschwenkt ist und damit das Hubvolumen maximal ist. Die erste Rückkopplungsfeder 46 ist maximal gespannt, die zweite Rückkopplungsfeder 49 ist unwirksam. Die Summe aus der Kraft der Rückkopplungsfeder 46 und der Druckkraft, die vom Betriebsdruck an der Messfläche 75 des Ventilschiebers 63 erzeugt wird, ist kleiner als die Kraft der Regelfeder 90. Es sei hier von einer Variante der Verstelleinrichtung ausgegangen, bei der das Zusatzgehäuseteil 80 durch eine Verschlussschraube verschlossen ist und abgesehen von der Kraft der Regelfeder keine Zusatzkraft auf den Ventilschieber 63 wirkt. Der Ventilschieber 63 befindet sich in einer Position, in der er die Stellkammer 55 mit der Querbohrung 64 und damit mit Tank verbindet. In den Figuren ist der Ventilschieber allerdings in der Regelposition gezeigt, in der er die Querbohrungen 64 und 65 mit geringer positiver oder negativer Überdeckung verschließt.
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Es möge nun der Betriebsdruck soweit ansteigen, dass die an der Messfläche 75 vom Betriebsdruck erzeugte Druckkraft plus die Kraft der Rückkopplungsfeder 46 größer wird als die Kraft der Regelfeder 90. Der Ventilschieber 63 wird dann derart verschoben, dass er die Querbohrung 65 mit der Stellkammer 55 verbindet, so dass Druckmittel in die Stellkammer strömt und der Stellkolben 32 sich von dem Ventilgehäuse 61 wegbewegt, während das Federlager 43 in der Anlage am Ventilschieber 63 verbleibt. Dadurch wird die Kraft der Rückkopplungsfeder 46 geringer. Sobald die Summe aus der geringeren Kraft der Rückkopplungsfeder 46 und der größeren Druckkraft gleich der Kraft der Regelfeder 90 wird, bewegt sich der Ventilschieber 63 in seine Regelstellung, in der er die Stellkammer 55 von den Querbohrungen 64 und 65 bis auf kleine Regelbewegungen trennt. Ein weiterer Anstieg des Betriebsdrucks führt wieder zu einer Verschiebung des Ventilschiebers, so dass weiteres Druckmittel in die Stellkammer 55 strömt und sich der Stellkolben 32 unter Verminderung der Kraft der Rückkopplungsfeder 46 weiter von dem Ventilgehäuse 61 bis in eine Position entfernt, in der die am Ventilschieber 63 angreifenden Kräfte sich in einem Gleichgewicht befinden. Wird der Betriebsdruck geringer, wird der Ventilschieber aus der Regelstellung in die entgegengesetzte Richtung verschoben und verbindet die Stellkammer 55 mit der Querbohrung 64, so dass Druckmittel aus der Stellkammer abfließt. Der Stellkolben 32 nähert sich dem Ventilgehäuse und die Kraft der Rückkopplungsfeder 46 nimmt zu, bis die Verringerung der Druckkraft ausgeglichen ist.
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Die Steigung einer Kurve, die die Abhängigkeit zwischen dem Weg des Stellkolbens 32 und dem Betriebsdruck darstellt, ist zunächst allein durch die Federkonstante der Rückkopplungsfeder 46 bestimmt.
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Bei der weiteren Entfernung vom Ventilgehäuse 61 gelangt der Stellkolben 32 schließlich in eine Position, in der der Abstand zwischen dem Außenbund 47 am Federlager 43 und dem Sprengring 50 (inklusive Abstimmscheiben) der Länge der entspannten Rückkopplungsfeder 49 entspricht. Bei der weiteren Bewegung des Stellkolbens 32 wird nun auch die Rückkopplungsfeder 49 wirksam. Die Kraft, die über das Federlager 43 auf den Ventilschieber 63 ausgeübt wird, nimmt nun auf einem bestimmten Weg stärker ab als vor Wirksamwerden der Rückkopplungsfeder 49, da nicht nur die auf das Federlager wirkende Kraft der Rückkopplungsfeder 46 geringer, sondern die in Gegenrichtung wirkende Kraft der Rückkopplungsfeder 49 größer wird. Entsprechend wird die Kennlinie zwischen dem Weg des Stellkolbens 32 und dem Betriebsdruck steiler. Diese Kennlinie setzt sich also aus zwei geraden Abschnitten unterschiedlicher Steigung zusammen, die sich in einer Position des Stellkolbens 32 schneiden, in der die Rückkopplungsfeder 49 wirksam und unwirksam wird.
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Sind eine Universalität des Zusatzgehäuseteils 80 und eine Verschiebung der Drehmomentkennlinie nicht gewünscht, so muss der Hohlraum 81 nicht durchgängig sein, sondern kann ein Sackloch mit zwei verschiedenen Durchmessern sein, wobei der Raum zwischen der freien Stirnseite der Kolbenstange und dem Boden des Sacklochs fluidisch mit der Querbohrung 74 verbunden ist.
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Die 5 zeigt eine Baugruppe aus einem Stellkolben 132, Rückkopplungsfedern 146 und 149 und Federlager 143, die sich zwar von der entsprechenden Baugruppe aus den 2 bis 4 unterscheidet, jedoch zusammen mit dem Regelventil 60 nach den 2 bis 4 verwendet werden kann. Das Federlager 143 ist ähnlich wie das Federlager 43 büchsenartig mit einem Boden 144 und einem Außenbund 147, aber ohne Innenschulter ausgebildet. Es ist gegenüber dem Federlager 43 aus den 2 bis 4 um 180 Grad gedreht in den büchsenartigen Stellkolben 132 eingeführt, so dass sich sein Boden 144 in der Nähe des Bodens 141 und die Außenschulter 147 in der Nähe des offenen Endes des Stellkolbens 132 befinden. Im Boden 144 des Federlagers 143 befindet sich ein Durchbruch, durch den ein Fortsatz 150 verläuft, der in den Boden 141 des Stellkolbens 132 eingepresst oder auf eine andere Art kraftschlüssig verbunden ist und der an seinem innerhalb des Federlagers 143 befindlichen freien Ende mit einem Außenbund 151 versehen ist.
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Zwischen dem Fortsatz 150 und dem Federlager 143 ist nun eine zweite Rückkopplungsfeder 149 angeordnet. Diese kann axial zwischen dem Außenbund 151 des Fortsatzes 150 und dem Boden 141 des Federlagers 143 eingespannt werden. Zwischen dem Außenbund 147 des Federlagers 143 und einer Innenschulter 152 des Stellkolbens 132 ist axial eine erste Rückkopplungsfeder 146 eingespannt. Zum Ventilschieber 63 hin ist in das Federlager 143 eine Scheibe 153 eingelegt, über die der Ventilschieber 63 am Federlager anliegt. Zwischen die Scheibe 153 und das Federlager 143 können Abstimmscheiben 148 eingefügt werden, um die Position des Stellkolbens 132 festzulegen, in der die zweite Rückkopplungsfeder 149 wirksam beziehungsweise unwirksam wird. Die von der Gesamtdicke der Abstimmscheiben abhängige Kraft der Rückkopplungsfeder 149 kann durch Einstellung der Gegenkraft auf der anderen Seite des Ventilschiebers ausgeglichen werden. Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den 2 bis 4 sind in der Scheibe 153, im Federlager 143 und in dem Fortsatz 150 Bohrungen und Aussparungen vorhanden, um einen freien Druckmittelfluss zwischen allen Teilen der Stellkammer und dem Ventilschieber zu ermöglichen.
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Bei beiden Ausführungsbeispiele nach den 2 bis 5 besteht ein besonderer Vorteil darin, dass die Baugruppe bestehend aus dem Stellkolben, dem Federlager und den Rückkopplungsfedern für sich handhabbar und getrennt vom Regelventil in das Pumpengehäuse einsetzbar ist. Denn Stellkolben und Federlager sind unverlierbar aneinander gehalten, da die zweite Rückkopplungsfeder 49 beziehungsweise 149 verhindert, dass das Federlager von der ersten Rückkopplungsfeder 46 vom Stellkolben weggestoßen wird.
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Ebenso ist der Ventilschieber unverlierbar im Ventilgehäuse gehalten, so dass sich auch das Regelventil als Ventilbaugruppe handhaben und leicht montieren lässt. Die Ventilbaugruppe kann dabei über alle Nenngrößen und Leistungsstufen nahezu identisch sein. Lediglich der Durchmesser des Ventilschiebers und entsprechend der Durchmesser der Ventilbohrung müssen gegebenenfalls an unterschiedliche Stellkammergrößen angepasst werden. In der Stellkolbenbaugruppe wird die Varianz durch Nenngrößen und unterschiedliche Leistungsstufen in Form unterschiedlicher Rückkopplungsfederpakete abgebildet.
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Die 6 zeigt eine Baugruppe aus einem Stellkolben 232, Rückkopplungsfedern 246 und 249 und Federlager 243, die ebenfalls zusammen mit dem Regelventil 60 nach den 2 bis 4 verwendet werden kann. Anders als bei den beiden Ausführungsbeispielen nach den 2 bis 5 wirken bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 unabhängig von der Position des Stellkolbens 232 immer beide Rückkopplungsfedern auf das am Ventilschieber 63 anliegende Federlager 243, das nun im Wesentlichen als Federteller mit Führungszapfen für die Rückkopplungsfedern ausgebildet ist. Die von den Rückkopplungsfedern auf das Federlager ausgeübten Kräfte sind gleichgerichtet, summieren sich als zu einer Gesamtkraft, die größer als die jeder Einzelkraft ist.
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In dem hohlen Stellkolben 232 ist eine Anschlagbüchse 233 beweglich geführt. Die zweite Rückkopplungsfeder 249 ist zwischen dem Boden 234 der Anschlagbüchse 233 und dem dauernd am Ventilschieber 63 anliegenden Federlager 243 eingespannt. Eine Stützfeder 235 ist zwischen dem Boden 234 der Anschlagbüchse 233 und dem Boden 241 des Stellkolbens 232 eingespannt. Im Boden 234 der Anschlagbüchse 233 befindet sich ein Durchgang 236, durch den hindurch die erste Rückkopplungsfeder 246 zwischen dem Boden des Stellkolbens 232 und dem Federlager eingespannt ist.
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In 6 ist die Baugruppe in einem Zustand gezeigt, in dem der Stellkolben 232 am Ventilgehäuse 61 anliegt und das Hubvolumen der Pumpe maximal ist. Auch die Anschlagbüchse 233 liegt am Ventilgehäuse 61 an. Dabei ist die Kraft der Stützfeder 235 größer als die Kraft der zweiten Rückkopplungsfeder 249. Strömt nun wegen eines Kräfteungleichgewichts am Ventilschieber 63 der Stellkammer 55 am Stellkolben 232 Druckmittel zu, so entfernt sich der Stellkolben 232 unter Verringerung der von der Rückkopplungsfeder 246 ausgeübten Kraft vom Ventilgehäuse. Auch die Kraft der Stützfeder 235 nimmt ab, ist aber zunächst noch größer als die Kraft der Rückkopplungsfeder 249, so dass die Anschlagbüchse 233 am Ventilgehäuse 61 verbleibt und sich die Kraft der Rückkopplungsfeder 249 nicht ändert. Erst in einer bestimmten Position des Stellkolbens 232 wird die Kraft der Stützfeder 235 genauso groß wie die Kraft der Rückkopplungsfeder 249, so dass sich bei der weiteren Bewegung des Stellkolbens 232 auch die Anschlagbüchse 233 bewegt. Allerdings ist der Weg der Anschlagbüchse 233 nicht gleich dem Weg des Stellkolbens 232, sondern hängt von den Federkonstanten der beiden Federn 235 und 249 ab. In jedem Fall verringert sich nun die Gesamtkraft beider Rückkopplungsfedern 246 und 249 in einem stärkeren Maße als sich vor der bestimmten Position des Stellkolbens 232 die Kraft der Rückkopplungsfeder 246 verringert hat. Entsprechend kleiner ist nun der Weg des Stellkolbens 232 bei einer bestimmten Änderung des Betriebsdrucks. Es ergibt sich wiederum eine Kennlinie aus zwei sich schneidenden Geraden unterschiedlicher Steigung, wobei der Schnittpunkt dort liegt, wo die Kraft der Rückkopplungsfeder 249 aufhört, sich zu verändern, und beginnt, konstant zu bleiben.
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In vielen Fällen ist eine Drehmomentregelung einer Pumpe mit einer Druckregelung oder mit einer Förderstromregelung oder mit beiden weiteren Regelungen kombiniert und es sind außer einem Regelventil für die Drehmomentregelung noch ein Regelventil für die Druckregelung und ein Regelventil für die Förderstromregelung vorhanden. In diesen Fällen erfolgen der Druckmittelzufluss und der Druckmittelabfluss in die und aus der Stellkammer 55 über die Querbohrung 64 und den aus der Regelstellung in Richtung auf die Stellkammer 55 zu verschobenen Ventilschiebers 63. Damit insbesondere ein durch das Förderstromregelventil gesteuerter Druckmittelzufluss in die Stellkammer 55 auch in der Regelstellung des Drehmomentregelventils 60 möglich ist, kann der Ventilschieber 63 eine Anfasung im Bereich des Steuerbundes 66 haben.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Pumpengehäuse
- 12
- Gehäusehauptteil
- 13
- Anschlussplatte
- 14
- Triebwerk
- 15
- Zylindertrommel
- 16
- Triebwelle
- 17
- Kegelrollenlager
- 18
- Kegelrollenlager
- 19
- Schwenkwiege
- 20
- Verdrängerkolben
- 21
- Arbeitsraum
- 22
- Steuerniere
- 23
- Steuerniere
- 24
- Steuerplatte
- 25
- Gleitschuh
- 30
- Verstelleinrichtung
- 31
- Rückstellfeder
- 32
- Stellkolben
- 33
- Kugel
- 41
- Boden von 32
- 42
- Außenseite von 41
- 43
- Federlager
- 44
- Boden von 43
- 45
- Innenschulter von 43
- 46
- Rückkopplungsfeder
- 47
- Außenbund von 43
- 48
- Abstimmscheibe
- 49
- Rückkopplungsfeder
- 50
- Sprengring
- 55
- Stellkammer
- 60
- Regelventil
- 61
- Ventilgehäuse
- 62
- Ventilbohrung
- 63
- Ventilschieber
- 64
- erste Querbohrung
- 65
- zweite Querbohrung
- 66
- Steuerbund an 63
- 67
- Steuerbund an 63
- 68
- Ringnut an 63
- 69
- Radialbohrung in 63
- 70
- Axialbohrung in 63
- 71
- Bohrung in 43
- 72
- Öffnung in 43
- 73
- Abschnitt von 62
- 74
- Querbohrung in 61
- 75
- Messfläche an 63
- 80
- Zusatzgehäuseteil
- 81
- Hohlraum
- 82
- Hohlraumabschnitt
- 83
- Hohlraumabschnitt
- 84
- Hohlraumabschnitt
- 85
- Ausgleichskolben
- 86
- Kolbenstange von 85
- 87
- Ringfläche an 85
- 90
- Regelfeder
- 91
- Längsbohrung
- 92
- Längsbohrung
- 93
- Querbohrung
- 94
- Druckraum
- 100
- Proportional-Elektromagnet
- 101
- Magnetanker
- 102
- Stößel
- 103
- Schraubendruckfeder
- 104
- Stellschraube
- 132
- Stellkolben
- 141
- Boden von 132
- 143
- Federlager
- 144
- Boden von 143
- 146
- Rückkopplungsfeder
- 147
- Außenschulter an 143
- 148
- Abstimmscheibe
- 149
- Rückkopplungsfeder
- 150
- Fortsatz an 132
- 151
- Außenbund an 150
- 152
- Innenschulter an 132
- 153
- Scheibe
- 232
- Stellkolben
- 233
- Anschlagbüchse
- 234
- Boden von 233
- 235
- Stützfeder
- 236
- Durchgang in 233
- 241
- Boden von 232
- 243
- Federlager
- 246
- Rückkkopplungsfeder
- 249
- Rückkkopplungsfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4020325 C2 [0003]
- US 4379389 [0004, 0004, 0004, 0005]
- DE 10001826 C1 [0005]
