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Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem topfartigen Gehäuse, das einen Gehäuseboden und einen Gehäusemantel, mit einer Anschlussplatte, die das topfartige Gehäuse an dessen offener Seite verschließt, mit einer drehbar gelagerten, sich in einem durch das Gehäuse und die Anschlussplatte gebildeten Innenraum befindlichen Zylindertrommel mit mehreren Zylinderräumen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Kolben angeordnet sind. Im Betrieb wird jeder Zylinderraum über eine Zylinderraumöffnung wechselweise mit einer Niederdrucksteueröffnung und einer Hochdrucksteueröffnung eines ruhenden Steuerteils verbunden. An diesem befinden sich zwischen der Niederdrucksteueröffnung und der Hochdrucksteueröffnung zwei Umsteuerbereiche, innerhalb derer ein Kolben in einem Totpunkt seine Bewegungsrichtung umkehrt. Die Zylinderräume werden im Umsteuerbereich, wenn sie die eine Steueröffnung verlassen und noch ehe sie die andere Steueröffnung erreicht haben, über eine Verbindungsleitung mit einem Fluidvolumen verbunden, das im Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise können schlagartige Druckveränderungen in den Zylinderräumen vermieden werden, so dass die Belastung der Bauteile, Druckpulsationen und die mit schnellen Druckänderungen verbundene Geräuschemission verringert sind.
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Da die Zylinderräume vorwiegend bei der Umsteuerung von Niederdruck zu Hochdruck mit dem Fluidvolumen verbunden werden und dabei eine Vorkompression des sich in einem Zylinderraum befindlichen Fluids stattfindet, wird das Fluidvolumen im Allgemeinen auch als Vorkompressionsvolumen bezeichnet. Werden die Zylinderräume bei der Umsteuerung von Hochdruck auf Niederdruck mit einem Fluidvolumen verbunden, so ist dieses, genau genommen, ein Vordekompressionsvolumen. Dieser Ausdruck wird jedoch im Folgenden nicht verwendet.
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Unter den Begriffen Fluidvolumen oder Vorkompressionsvolumen wird im Folgenden ein Hohlraum verstanden, der mit einem flüssigen Druckmittel, zum Beispiel mit Hydrauliköl, gefüllt ist oder zu füllen ist und bei dem eine Druckänderung schon allein wegen der Kompressibilität des Druckmittels mit einem Zufluss oder einem Abfluss von Druckmittel einhergeht.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der
DE 10 2013 226 344 A1 bekannt. Gemäß dieser Schrift ist das Fluidvolumen als Innenraum eines flaschenartigen separaten Hohlkörpers ausgebildet, der mit seinem Hals in einer Bohrung der Anschlussplatte befestigt ist. Vorteilhaft an dieser Lösung ist die hohe Sicherheit gegen Leckage in die Umwelt, da es keine Schnittstelle nach außerhalb des Gehäuses gibt. Sollte es zu einer Undichtigkeit zwischen Hohlkörper und Anschlussplatte kommen, steigt lediglich das Lecköl an, das in den Innenraum fließt. Nachteilig ist, dass der flaschenartige Hohlkörper schwierig herzustellen ist. Außerdem muss die Art der Befestigung des Hohlkörpers in der Anschlussplatte den Kräften standhalten, die den Hohlkörper aus der Bohrung zu drücken suchen.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem Vorkompressionsvolumen ist auch aus der
DE 10 2014 223 492 A1 bekannt. Gemäß dieser Schrift ist das Fluidvolumen als Hohlraum in der Anschlussplatte ausgebildet, der zum Innenraum hin durch einen Stopfen verschlossen ist. Auch hier ist vorteilhaft, dass Leckage zwischen der anschlussplatte und dem Stopfen nur in den Innenraum stattfindet. Allerdings steht in der Anschlussplatte nur wenig Raum für ein Vorkompressionsvolumen zur Verfügung.
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Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem Vorkompressionsvolumen ist auch aus der
DE 10 2014 223 489 A1 bekannt. Gemäß dieser Schrift ist das Fluidvolumen ein Hohlraum, der durch das Gehäuse und die Anschlussplatte gebildet ist. Gezeigt ist eine Ausführung, bei der der Hohlraum sich aus einem Teilraum in einer dem Gehäuse zugewandten Flanschfläche der Anschlussplatte und einem Teilraum in einer der Anschlussplatte zugewandten Flanschfläche des Gehäuses zusammensetzt. Hier besteht die Möglichkeit einer Leckage nach außen in die Umwelt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, dass das Fluidvolumen auf einfache und kostengünstige Weise realisiert ist
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Diese Aufgabe wird bei einer hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass sich das Fluidvolumen derart zwischen der Anschlussplatte und dem Gehäuse erstreckt, dass es durch die Anschlussplatte und das Gehäuse zum Innenraum hin abgedichtet ist. Bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine lässt sich das Fluidvolumen auf einfache Weise realisieren. Die grundsätzliche Lösung ist flexibel an die Gegebenheiten einer Maschinenbaureihe oder einer Nenngröße anpassbar und kostengünstig. Sollte es zu einer Undichtigkeit kommen, steigt lediglich das Lecköl an. Hierüber ist sogar ein Condition Monitoring möglich, ohne dass eine Gefährdung der Umwelt besteht.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Besonders bevorzugt ist das Fluidvolumen im Wesentlichen durch einen separaten länglichen Hohlkörper gebildet ist, der sich zwischen der Anschlussplatte und dem Gehäuse erstreckt und der am einen Ende durch die Anschlussplatte und am anderen Ende durch das Gehäuse zum Innenraum hin abgedichtet ist. Der separate längliche Hohlkörper kann von allgemeiner zylindrischer Form sein. Bevorzugt ist der separate längliche Hohlkörper von kreiszylindrischer Form, ist also das, was man allgemein als Rohr bezeichnet, und damit ein Standardbauteil. Bei gegebener Länge des zylindrischen separaten länglichen Hohlkörpers wird das erforderliche Volumen, das unter anderem vom Totvolumen und von den Betriebsdaten der Axialkolbenmaschine abhängt, über den Querschnitt, insbesondere über den Durchmesser eingestellt und ließe sich gegebenenfalls variieren. Dadurch wird eine hohe Flexibilität erreicht.
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Soll der vorhandene Bauraum besonders gut genutzt werden, so kann man für den Querschnitt des Hohlkörpers eine Nierenform wählen, die an die Außenkontur der Zylindertrommel angepasst ist. Durch die Anordnung eines Hohlköpers entlang der Zylindertrommel wird zusätzlich auch der Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine gesteigert, da Planschverluste reduziert werden.
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Der separate längliche Hohlkörper lässt sich auf einfache Weise mit dem Gehäuse und der Anschlussplatte dadurch verbinden, das Gehäuse und die Anschlussplatte jeweils eine Vertiefung aufweisen und dass der separate längliche Hohlkörper in die Vertiefungen eintaucht. Die Vertiefungen sorgen dafür, dass der separate längliche Hohlkörper senkrecht zur Drehachse der Zylindertrommel in seiner Lage gesichert ist. An sich ist das auch durch Hohldorne an der Anschlussplatte und am Gehäuse möglich, die in den Hohlkörper hineinragen. Vertiefungen erscheinen jedoch günstiger. Es ist dabei kein Einschrauben oder Verpressen des Hohlkörpers notwendig, da der separate längliche Hohlkörper in die eine axiale Richtung durch die Anschlussplatte und in die entgegengesetzte axiale Richtung durch das Gehäuse unverlierbar gehalten ist.
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Die Abdichtung zwischen dem separaten länglichen Hohlkörper und der Anschlussplatte und dem Gehäuse erfolgt durch jeweils einen Dichtring, wobei die Abdichtung vorzugsweise radial realisiert ist.
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Ein nahtlos gezogenes Hochdruckrohr als separater länglicher Hohlkörper erfüllt die Anforderungen an die Druckbeständigkeit eines auch dem Hochdruck der Axialkolbenmaschine ausgesetzten Fluidvolumens bei geringem Materialaufwand.
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Steht für eine Vertiefung an der Anschlussplatte oder am Gehäuse nicht so viel Platz zur Verfügung wie der Querschnitt des separaten länglichen Hohlkörpers an sich erfordert, so kann dieser an einem Ende oder an beiden Enden einen in seiner Außenform von der Außenform zwischen den beiden Enden abweichen Stutzen aufweist, der in eine Vertiefung eintaucht.
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Der separate längliche Hohlkörper erstreckt sich vorzugsweise von der Anschlussplatte bis zum Gehäuseboden des Gehäuses.
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Denkbar ist es jedoch auch, dass sich der separate längliche Hohlkörper bis zu einem Auflager erstreckt, das im Abstand vom Gehäuseboden vom Gehäusemantel absteht.
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Das Fluidvolumen kann unmittelbar im Material des Gehäuses ausgebildet sein und bis zur Anschlussplatte reichen.
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Bei einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine weist die Anschlussplatte meist eine im Wesentlichen ebene den Innenraum begrenzende Innenfläche auf, in der sich Vertiefungen befinden und von der zu den Anschlüssen führende Druckkanäle ausgehen. Die Innenfläche wird üblicherweise bearbeitet, um eine dichte Anlage zwischen der Anschlussplatte und einer als Steuerteil dienenden Verteilerplatte oder direkt an der Zylindertrommel zu haben. Für eine solche Bearbeitung ist es besonders günstig, wenn die Anschlussplatte eine Vertiefung und nicht ein Erhöhung für die Aufnahme des separaten länglichen Hohlkörpers aufweist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine sowie eine Variante eines Teils 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 die Axialkolbenmaschine und
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2 eine Ansicht eines gegenüber 1 abgeänderten als Vorkompressionsvolumen verwendeten Hohlkörpers.
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Die hydrostatische Axialkolbenmaschine nach 1 möge für den Einsatz als hydrostatische Axialkolbenpumpe vorgesehen sein und ist in Schrägscheibenbauweise mit einem zwischen einem Hubvolumen null und einem maximalen Hubvolumen verstellbarem Hubvolumen ausgeführt. In der Zeichnung ist die hydrostatische Axialkolbenpumpe in einem Zustand mit maximalem Hubvolumen gezeigt. Die Axialkolbenpumpe Sie umfasst ein topfartiges Gehäuse 7 mit einem Gehäuseboden 8 und einem Gehäusemantel 9, eine das offene Ende des Gehäuses 7 verschließende Anschlussplatte 10, die zusammen mit dem Gehäuse einen Innenraum 11 einschließt, eine Triebwelle 12, eine Zylindertrommel 13, eine Steuerplatte 14, die sich zwischen der Zylindertrommel 13 und der Anschlussplatte 10 befindet und relativ zur Anschlussplatte feststeht, sowie eine in ihrer Neigung bezüglich der Achse der Triebwelle und der Zylindertrommel verstellbare Schwenkwiege 15. Die Schwenkwiege kann dabei von einer Position aus, in der sie senkrecht zur Achse der Triebwelle 12 steht und das Hubvolumen null ist bis in die gezeigte Position verschwenkt werden.
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Die Triebwelle 12 ist im Boden 8 des Gehäuses 7 und in der Anschlussplatte 10 über Wälzlager drehbar gelagert und greift zentriert durch die Zylindertrommel 13 hindurch. Diese ist mit der Triebwelle 12 drehfest, jedoch axial beweglich verbunden und kann deshalb unter der Wirkung einer Zentralfeder 16 und der im Betreib auftretenden Druckkräfte ohne Spiel an der Steuerplatte 14 anliegen.
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In der Zylindertrommel 13 sind gleichmäßig über den Umfang verteilt mehrere Zylinderräume, vorliegend speziell Zylinderbohrungen 20 ausgebildet, die parallel zur Achse der Triebwelle verlaufen. In jeder Zylinderbohrung 20 ist jeweils ein Kolben 21 axial beweglich geführt. Die Kolben 21 weisen an dem der Schwenkwiege 15 zugewandten Ende einen kugelförmigen Kolbenkopf 22 auf, der in eine korrespondierende Ausnehmung eines Gleitschuhs 23 eintaucht, so dass zwischen Kolben und Gleitschuh ein Kugelgelenk gebildet ist. Mittels der Gleitschuhe stützen sich die Kolben an der Schwenkwiege 15 ab. Im Betrieb führen die Kolben in den Zylinderbohrungen eine Hubbewegung aus. Die Größe des Hubs wird dabei von der Neigung der verschwenkbaren Schwenkwiege 15 vorgegeben. Zur Verstellung der Neigung der Schwenkwiege 15 ist eine Stellvorrichtung 24 vorgesehen.
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Die Steuerplatte 14 weist zwei nierenförmige Steueröffnungen 25 und 26, von denen die eine auf ihrer der Zylindertrommel 16 abgewandten Seite in nicht näher dargestellten Weise offen zu einem ersten Fluidkanal und die andere auf ihrer der Zylindertrommel 16 abgewandten Seite in nicht näher dargestellten Weise offen zu einem zweiten Fluidkanal ist. Die Fluidkanäle sind in der Anschlussplatte ausgebildet, wobei der erste Fluidkanal zu einem ersten Fluidanschluss und der zweite Fluidkanal zu einem zweiten Fluidanschluss an der Anschlussplatte führen. Die Steueröffnung 25 möge die Niederdrucksteueröffnung und die Steueröffnung 26 die Hochdrucksteueröffnung sein. Die Zylinderbohrungen 17 sind über Zylinderraumöffnungen, die im Folgenden als Durchlässe 27 bezeichnet werden, zu der der Steuerplatte 14 zugekehrten Stirnfläche der Zylindertrommel 16 hin offen. Die Durchlässe 27 überstreichen bei Drehung der Zylindertrommel 16 die Steueröffnungen 25 und 26 der Steuerplatte 24 und werden über die Steueröffnungen während eines Umlaufs nacheinander mit dem ersten Fluidkanal und mit dem zweiten Fluidkanal der Anschlussplatte verbunden. Beim Wechsel von der einen Steueröffnung zur anderen Steueröffnung überstreichen die Durchlässe einen Umkehrbereich der Steuerplatte, in dem sie allenfalls gedrosselt mit einer Steueröffnung fluidisch verbunden sind.
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In dem in der Figur gezeigten Schnitt sind die Steueröffnungen 25 und 26 genauso wie der erste Fluidkanal und der zweite Fluidkanal in der Anschlussplatte 11an sich nicht sichtbar. Vielmehr befinden sich die eine Steueröffnung hinter der Zeichenebene und die andere Steueröffnung vor der Zeichenebene. Zum besseren Verständnis sind die beiden Steueröffnungen 25 und 26 jedoch eingezeichnet.
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Um in der Umsteuerphase von der Niederdrucksteueröffnung 25 zur Hochdrucksteueröffnung 26 schnelle Druckänderungen in den Zylinderbohrungen 20 zu vermeiden und damit zusammenhängende hohe Belastungen der Bauteile, Druckpulsationen und Geräuschemissionen zu verringern, ist die gezeigte hydrostatische Axialkolbenpumpe gemäß 1 mit einem separaten länglichen Hohlkörper, nämlich mit einem Rohr 35 mit einem kreiszylindrischen Innendurchmesser und mit einem kreiszylindrischen Außendurchmesser ausgestattet, dessen Inneres ein Vorkompressionsvolumen darstellt. Das Rohr 35 ist an seinen Enden offen und erstreckt sich außerhalb der Zylindertrommel 13 axial, also parallel zur Triebwelle 12, zwischen dem Gehäuseboden 8 und der Anschlussplatte 10 und taucht mit seinem einen Ende in ein im Gehäuseboden 8 befindliches Sackloch 36 und mit seinem anderen Ende in ein in der Anschlussplatte befindliches Sackloch 37 ein. Durch einen innerhalb des Sacklochs 36 zwischen dem Rohr 35 und dem Gehäuseboden 8 angeordneten Dichtring 38 und einen innerhalb des Sacklochs 37 zwischen dem Rohr 35 und der Anschlussplatte 10 angeordneten Dichtring 39 ist das Innere des Rohres gegen den Innenraum 11 abgedichtet.
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Zwischen dem Sackloch 37 in der Anschlussplatte 10 geht eine Verbindungsleitung 40 aus, die zunächst in der Anschlussplatte 10 und sich in einer die Steuerplatte 25 querenden Bohrung fortsetzt, um an der der Zylindertrommel 13 zugewandten Seite der Steuerplatte 25 offen zu sein. Die Öffnung befindet sich innerhalb des Umsteuerbereichs von der Niederdrucksteueröffnung 25 und der Hochdrucksteueröffnung 26 und wird von den Durchlässen 27 der Zylinderbohrungen 20 überstrichen.
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Für einen Umsteuervorgang einer Zylinderbohrung 20 ist dann folgender Ablauf denkbar:
Der Durchlass 27 der Zylinderbohrung 20 überstreicht die Niederdrucksteueröffnung 25 der Steuerplatte 14, so dass in der Zylinderbohrung Saugdruck herrscht. Dann verlässt der Durchlass 27 die Niederdrucksteueröffnung 25 und öffnet sich zu der Verbindungsleitung 40. Aus dem unter Hochdruck stehenden Inneren des Rohres 35 fließt nun, gegebenenfalls gedrosselt, Druckfluid in die Zylinderbohrung 20, so dass sich darin bei abnehmendem Druck im Rohr 35 der Druck maximal bis zu einem Wert erhöht, bei dem der Druck in der Zylinderbohrung gleich dem Druck im Rohr 35 ist. Anschließend kommt der Durchlass in Überdeckung mit einer sich an der Hochdrucksteueröffnung 26 befindlichen Umsteuernut, falls eine solche vorhanden ist, und mit der Hochdrucksteueröffnung selbst, wobei zunächst auch noch die Öffnung der Verbindungsleitung 40 überdeckt ist. Nun erhöht sich der Druck in der Zylinderbohrung 20 auf den Hochdruck. Außerdem fließt Druckfluid aus dem Hochdruckbereich über die Verbindungsleitung 40 in das Rohr 35, so dass dort der Druck wieder auf höheren Druck, gegebenenfalls bis auf den Hochdruck, ansteigt. Bei der Umsteuerung der nächsten Zylinderbohrung wiederholt sich der Vorgang.
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Gemäß 1 ist das Rohr 35 in einer senkrecht auf der Schwenkachse der Schrägscheibe 15 stehenden und durch die Drehachse von Triebwelle 12 und Zylindertrommel 13 gehenden Mittelebene der Axialkolbenpumpe angeordnet. Es ist auch eine Anordnung seitlich dieser Mittelebene möglich, so dass eine kompaktere Bauweise möglich ist.
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Anstelle eines einzigen Vorkompressionsvolumens können in Abhängigkeit von Betriebsparametern, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl, mit der die hydrostatische Axialkolbenmaschine überwiegend betrieben wird, oder in Abhängigkeit von Hochdruck, mit dem die hydrostatische Axialkolbenmaschine überwiegend betrieben wird, auch mehrere Vorkompressionsvolumina vorgesehen sein, die parallel zueinander arbeiten, also mit derselben Öffnung an der Steuerplatte 25 verbunden sind, oder die verschiedenen Umsteuerbereichen oder verschiedenen Öffnungen in demselben Umsteuerbereich zugeordnet sind. Das eine Vorkompressionsvolumen oder die mehreren Vorkompressionsvolumina können natürlich auch in Abhängigkeit von Betriebsparametern, zum Beispiel in Abhängigkeit von der Drehzahl, mit der die hydrostatische Axialkolbenmaschine überwiegend betrieben wird, oder in Abhängigkeit von Hochdruck, mit dem die hydrostatische Axialkolbenmaschine überwiegend betrieben wird, unterschiedlich gestaltet sein.
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Bei gegebener Länge des Rohrs wird das in Abhängigkeit vom Totvolumen und den Betriebsdaten erforderliche Volumen durch die Wahl eines Rohres mit einem bestimmten Innendurchmesser eingestellt und lässt sich s gegebenenfalls variieren. Hier zeigt sich die hohe Flexibilität der Lösung. Unter dem Totvolumen wird dabei das Volumen verstanden, das der frei Teil einer Zylinderbohrung 20 einschließlich des Durchlasses 27 hat, wenn der entsprechende Kolben vom Einfahren in die Zylinderbohrung in das Ausfahren wechselt.
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In 2 ist ein Hohlkörper 45 gezeigt, der alternativ zu dem Rohr 35 in einer hydrostatischen Axialkolbenpumpe verwendet werden kann. Der Hohlkörper 45 hat im Wesentlichen im Querschnitt eine Nierenform und besitzt an seinen beiden Enden jeweils einen Stutzen 46, mit dem er in die Sacklöcher 36 und 37 im Gehäuseboden 8 und in der Anschlussplatte 10 eintauchen kann. Durch den Nierenförmigen Querschnitt wird ein vorhandener Bauraum sehr gut ausgenutzt. Als Nebeneffekt werden genauso wie durch das Rohr 35 Planschverluste verringert. Der Wirkungsgrad der Axialkolbenpumpe ist erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 7
- topfartiges Gehäuse
- 8
- Gehäuseboden
- 9
- Gehäusemantel
- 10
- Anschlussplatte
- 11
- Innenraum
- 12
- Triebwelle
- 13
- Zylindertrommel
- 14
- Steuerplatte
- 15
- Schwenkwiege
- 16
- Zentralfeder
- 20
- Zylinderbohrungen
- 21
- Kolben
- 22
- Kolbenkopf
- 23
- Gleitschuh
- 24
- Stellvorrichtung
- 25
- Steueröffnung
- 26
- Steueröffnung
- 27
- Durchlässe
- 35
- Rohr
- 36
- Sackloch in 8
- 37
- Sackloch in 10
- 38
- Dichtring
- 39
- Dichtring
- 45
- Hohlkörper
- 46
- Stutzen an 45
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013226344 A1 [0004]
- DE 102014223492 A1 [0005]
- DE 102014223489 A1 [0006]
