DE102017211750A1

DE102017211750A1 - Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung, hydrostatische Verstelleinrichtung mit dem Stellkolben, und hydrostatische Verdrängermaschine mit der Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102017211750A1
Application number: DE102017211750.8A
Authority: DE
Inventors: Bernd Huehn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-01-10

Abstract

Offenbart ist ein Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit einer Außenmantelfläche, die von einer Dicht- und Führungseinrichtung umgriffen ist, über die zum einen der Stellkolben in einem Stellzylinder in der hydrostatischen Verstelleinrichtung kippstabil, axial verschieblich führbar ist, und zum anderen ein Spalt zwischen der Außenmantelfläche des Stellkolbens und einer Innenmantelfläche des Stellzylinders abdichtbar ist.
Offenbart sind weiterhin eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit einem Stellzylinder und dem darin geführten Stellkolben, sowie eine hydrostatische Verdrängermaschine mit der hydrostatischen Verstelleinrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit dem Stellkolben gemäß dem Patentanspruch 13, sowie eine hydrostatische Verdrängermaschine mit der hydrostatischen Verstelleinrichtung gemäß dem Patentanspruch 14.
Stellkolben, die längsverschieblich in einem Stellzylinder aufgenommen sind und so eine hydrostatische Verstelleinrichtung ausbilden, können eine hohe Leistungsdichte aufweisen, so dass sogar bei kleiner Abmessung der Verstelleinrichtung große Stellkräfte erzeugt werden können. Werden von Stellkolben verschwenkbare Stellglieder außermittig angelengt, so unterliegt der Stellkolben in seiner Führung im Stellzylinder nicht nur einer Axialkraft sondern auch einer quer dazu wirkenden Radial- oder Querkraft. Dementsprechend muss der Stellkolben in seinem Zylinder verlässlich kippstabil geführt sein. Gleichzeitig stellt sich die Aufgabe der zuverlässigen Abdichtung eines vom Stellkolben im Stellzylinder begrenzten Stelldruckraumes.
Für eine gattungsgemäße Verdrängermaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen kennt der Stand der Technik mehrteilige Lösungen für eine Dicht- und Führungseinrichtung, die die oben genannten Anforderungen erfüllt. So zeigt beispielsweise das Datenblatt der Anmeldering RDE 92003-84-P/03.2016 eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise mit verstellbaren Verdrängungsvolumen und einer Verstelleinrichtung, bei der ein doppelt wirkender Stellkolben in einem Stellzylinder angeordnet ist. Dabei erfolgt die Dichtung des Stellkolbens und seine Führung im Stellzylinder funktional getrennt über Einzelelemente, die in einer Innenmantelfläche des Zylinders aufgenommen und mit der Außenmantelfläche des Kolbens in dichtendem und führendem Kontakt sind. Das Dichtelement ist dabei „druckaktiv“, das heißt eine nach radial innen verformbare Lippe wird vom im Stelldruckraum anstehenden Stelldruck gegen die Außenmantelfläche des Stellkolbens gepresst. Das Führungselement hat eine vergleichsweise große axiale Erstreckung, so dass der Kolben Kippstabilität erlangt. Alternativ kann die Dicht- und Führungseinrichtung auch kolben- beziehungsweise stangenseitig angeordnet sein. Die jeweiligen Elemente sind dabei durch Montage in geeigneten Nuten, die sie axial halten, angeordnet. Nachteilig an einer derartigen Lösung ist, dass pro Dicht- und Führungseinrichtung bis zu drei Elemente zu montieren sind, was einen hohen Material- und Montageaufwand bedeutet. Außerdem ist durch die Anzahl der Teile ein Montagefehler möglich. Bei Verwendung von gesinterten Elementen, insbesondere mit Teflonanteil, ist ein Kalibrieren nach der Montage erforderlich.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Stellkolben mit einer vereinfachten Dichtung und Führung zu schaffen. Des Weiteren besteht die Aufgabe darin, eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit vereinfacht gedichtetem und geführtem Stellkolben zu schaffen. Eine dritte Aufgabe besteht darin, eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einfach ausgestalteter Verstelleinrichtung zu schaffen.
Die erste Aufgabe wird gelöst durch einen Stellkolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, die zweite durch eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und die dritte durch eine hydrostatische Verdrängermaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den jeweiligen, abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung, insbesondere zur Verstellung eines Verdrängungsvolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine, hat eine Außenmantelfläche, die von einer Dicht- und Führungseinrichtung umgriffen ist. Über diese ist zum Einen der Stellkolben in einem Stellzylinder der hydrostatischen Verstelleinrichtung kippstabil, längsverschieblich führbar, und zum Anderen ein Spalt zwischen der Außenmantelfläche und einer Innenmantelfläche des Stellzylinders abdichtbar. Erfindungsgemäß ist die Dicht- und Führungseinrichtung einstückig gebildet ist.
Anders als beim zitierten Stand der Technik sind somit die Dichtfunktion und die Führungsfunktion nicht auf zwei Bauteile (Dichtelement, Führungselement) verteilt, sondern integriert. Es folgt, dass nur ein Bauteil, anstatt mehrerer Bauteile, montiert werden muss. Die vorrichtungstechnische Ausführung des Stellkolbens und die Montage der Dicht- und Führungseinrichtung sind dadurch einfacher, kostengünstiger und weniger fehlerbehaftet.
Als „Kippen“ ist in dieser Druckschrift eine querkraftbedingte Rotation des Stellkolbens im Stellzylinder um eine Achse quer zur Längsachse des Stellkolbens zu verstehen.
In einer Weiterbildung ist die Dicht- und Führungseinrichtung manschettenförmig oder von einer Manschette gebildet, was eine besonders kompakte Bauform darstellt. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird die Dicht- und Führungseinrichtung im Folgenden durchgängig als Manschette bezeichnet.
In einer Weiterbildung ist über die Manschette ein Gleitlager des Stellkolbens an einem Zylinder der Verstelleinrichtung ausbildbar, insbesondere ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist ein Querschnitt der Manschette in Radialrichtung weniger hoch als er in Axialrichtung lang ist. Je länger der Querschnitt mit Bezug zu seiner Höhe ist, umso geringer ist die Flächenpressung, welche durch ein auf den Stellkolben einwirkendes Kippmoment verursacht wird. Als Querschnitt ist dabei derjenige bezeichnet, aus dem sich durch Rotation ein Volumen der Manschette ergeben würde. Das genannte Kippmoment wird vorzugsweise von zwei gesonderten Manschetten aufgenommen, welche voneinander beabstandet sind.
Die Manschette hat vorzugsweise eine rotationssymmetrische Form oder zumindest eine derartige Grundform, die Abweichungen von der Rotationssymmetrie aufweist.
In einer Weiterbildung ist ein Verhältnis der axialen Erstreckung des Querschnitts zu dessen radialer Erstreckung zwischen 5:1 und 15:1.
In einer Weiterbildung ist ein Verhältnis der axialen Erstreckung des Querschnitts zu einem Überstand des Querschnitts über die Außenmantelfläche des Stellkolbens zwischen 30:1 und 100:1.
Ein Vorteil, insbesondere bei flach weitergebildeter Manschette ist, dass durch den dann radial eng bauenden Stellkolben viel Platz in einem radial inneren Bereich des Kolbens für beispielsweise dort anzuordnende Komponenten, wie Federn oder Federteller, frei wird.
Dementsprechend ist der Stellkolben in einer Weiterbildung hohl ausgeführt.
In einer Weiterbildung weist der Stellkolben in seinem hohlen Bereich eine Feder und / oder einen Federteller auf.
In einer Weiterbildung ist die Manschette auf die Außenmantelfläche des Stellkolbens geformt, insbesondere umgeformt.
In einer Weiterbildung ist die Manschette formschlüssig mit der Außenmantelfläche des Stellkolbens verbunden.
Alternativ oder ergänzend ist die Manschette kraftschlüssig mit der Außenmantelfläche des Stellkolbens verbunden.
In einer Weiterbildung ist eine Festigkeit der Manschette, insbesondere ihr Widerstand gegen Verformung in Radialrichtung, auf eine einwirkende Querkraft der Verstellung abgestimmt, sodass der Stellkolben im Stellzylinder der hydrostatischen Verstelleinrichtung kippstabil, längsverschieblich führbar ist.
In einer Weiterbildung weist eine Außenmantelfläche der Manschette eine, insbesondere auf die Querkraft der Verstellung abgestimmte, hohe Gleitfähigkeit auf, sodass eine Losbrechkraft des Stellkolbens im Stellzylinder der hydrostatischen Verstelleinrichtung minimal ist. Somit tritt bei der Verstellung eines geringe oder keine Hysterese auf und eine Positioniergenauigkeit des Stellkolbens oder der Verstelleinrichtung nimmt zu. Hierdurch ist eine Stell- und / oder eine Regelgenauigkeit des Stellkolbens oder der Verstelleinrichtung positiv beeinflusst.
Bezüglich Festigkeit und Gleitfähigkeit erweist sich eine Weiterbildung als vorteilhaft, bei der zumindest eine Außenschicht oder eine Außenmantelfläche der Manschette Polytetrafluorethylen (PTFE) aufweist.
In einer Weiterbildung weist die Außenmantelfläche des Stellkolbens eine radiale Verjüngung, insbesondere eine Umfangsausnehmung oder -nut auf, in der die Manschette aufgenommen ist. Dies trägt zur sicheren Montage der Manschette bei. Zudem ist sie verliersicher an der Verjüngung angeordnet.
In einer Weiterbildung ist die Manschette, insbesondere eine Innenmantelfläche der Manschette, mit der Außenmantelfläche in Eingriff.
In einer Weiterbildung ist wenigstens eine Ausnehmung oder ein Vorsprung der Außenmantelfläche des Stellkolbens mit wenigstens einem Vorsprung oder einer Ausnehmung der Manschette in Eingriff. So ist ein axiales Verschieben der Manschette am Stellkolben oder ihr Lösen vom Stellkolben erschwert oder verhindert.
In einer Weiterbildung ist eine Tiefe des Eingriffs des Vorsprungs mit der jeweiligen Ausnehmung, oder eine Tiefe der Eingriffe, in Axialrichtung variabel. Er kann in eine Axialrichtung zunehmen oder ausgehend von einem mittigen Bereich der Manschette in beide Axialrichtungen zu- oder abnehmen. Auf diese Weise ist die Verbindung der Manschette mit der Außenfläche des Stellkolbens individuell auf ihre axiale Druckbeaufschlagung und ihre Bewegungsrichtungen oder Bewegungsgeschwindigkeiten anpassbar.
In einer Weiterbildung erstreckt oder erstrecken sich die wenigstens eine Ausnehmung und / oder der wenigstens eine Vorsprung umfänglich, insbesondere vollumfänglich.
Um die Verbindung weiter zu verbessern und insbesondere ein axiales Verschieben der Manschette am Stellkolben oder ihr Lösen vom Stellkolben zu verhindern, weist oder weisen in einer Weiterbildung die wenigstens eine Ausnehmung und /oder der wenigstens eine Vorsprung wenigstens einen Hinterschnitt auf.
Um die Dichtwirkung der Manschette zu verbessern weist sie in einer Weiterbildung an einem axialen Endabschnitt eine nach radial außen deformierbare Lippe auf, wobei zwischen dieser und der Außenmantelfläche des Stellkolbens ein mit Stelldruckmittel beaufschlagbarer Spalt ausbildbar oder ausgebildet ist.
Insbesondere im Falle der Weiterbildung mit Lippe nimmt die Tiefe der Eingriffe, ausgehend von einem distal zur Lippe angeordneten axialen Endabschnitt der Manschette, zur Lippe hin zu.
Für eine gute radiale Beweglichkeit der Lippe, und damit zur verbesserten Dichtwirkung, ist die Lippe in einer Weiterbildung zumindest abschnittsweise außer Eingriff.
In einer Weiterbildung ist ein Verhältnis der axialen Erstreckung der Manschette zur axialen Erstreckung des Abschnittes der Lippe, der außer Eingriff ist, zwischen 2:1 und 10:1.
Eine hydrostatische Verstelleinrichtung, insbesondere zur Verstellung eines Hubvolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine, hat einen Stellzylinder, in dem ein gemäß der vorangegangenen Beschreibung ausgebildeter Stellkolben aufgenommen ist. Dieser ist über die zuvor bereits erwähnte Manschette im Stellzylinder kippstabil, axialverschieblich geführt. Zudem sind im Stellzylinder über die Manschette zwei Räume fluidisch voneinander getrennt.
Eine hydrostatische Verdrängermaschine hat ein verstellbares Verdrängungsvolumen und eine hydrostatische Verstelleinrichtung, die gemäß zumindest einem Aspekt der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist. Dabei ist vom Stellkolben der Verstelleinrichtung ein Stellglied, von dessen Verstellung das Verdrängungsvolumen abhängig ist, angelenkt.
In einer Weiterbildung ist die Verdrängermaschine eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ist, wobei das Stellglied eine verschwenkbare Schwenkwiege ist, die eine Schrägscheibe hat, an der Arbeitskolben gleitend abgestützt sind. Alternativ ist die Verdrängermaschine eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise, wobei das Stellglied eine verschwenkbare Schrägachse ist, die drehfest mit einer Zylindertrommel verbunden ist.
Die Vorteile einer derartigen Verstelleinrichtung, sowie der die Verstelleinrichtung aufweisenden Verdrängermaschine sind bereits im Zuge der Besprechung der Vorteile des Stellkolbens genannt worden.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verdrängermaschine ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Verdrängermaschine in einem Längsschnitt,
2 die Verdrängermaschine gemäß 1 in einer Ansicht von oben mit einer in einem Längsschnitt dargestellten Verstelleinrichtung, und
3 eine Detaildarstellung der Verstelleinrichtung gemäß 2.

1 zeigt eine als Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen in Schrägscheibenbauweise ausgeführte Verdrängermaschine 1. Sie hat ein Gehäuse 2 mit einem im Wesentlichen topfförmigen Gehäuseteil 4 und einem Arbeitsanschlüsse A und B aufweisenden Gehäusedeckel 6. Im Gehäuse 2 ist eine Triebwelle 8 drehbar gelagert. Zur Übertragung eines Drehmoments weist die Triebwelle 8 Wellenstumpf 12, von dem ein Boden 10 des Gehäuseteils 4 durchsetzt ist. Die Triebwelle 8 hat in einem mittigen Bereich eine Außenverzahnung 14, über die sie drehfest mit einer Zylindertrommel 16 verbunden ist. Diese hat mehrere, auf einem konzentrisch zu einer Drehachse 18 verlaufenden Teilkreis angeordnete Zylinderbohrungen 18, in denen jeweils ein Arbeitskolben 20 axial verschieblich aufgenommen ist. Vom einem Paar aus Arbeitskolben 20 und der Zylinderbohrung 18 ist jeweils ein hydrostatischer Arbeitsraum 22 begrenzt, der über eine von Durchgangsausnehmungen durchsetzte Steuerscheibe 24 bei Rotation der Zylindertrommel 16 in alternierende Druckmittelverbindung mit den Arbeitsanschlüssen A, B gerät. An einer von der Steuerscheibe 24 abgewandten Stirnseite der Zylindertrommel 16 treten die Arbeitskolben 20 aus der Zylindertrommel 16 aus und sind über ihre in Gleitschuhen aufgenommenen Kolbenköpfe an einer in ihrem Winkel zur Drehachse 18 verstellbaren Schrägscheibe 26 gleitend abgestützt. Letztgenannte ist als Gleitfläche einer im Gehäuseteil 4 verschwenkbar gelagerten Schwenkwiege 28 ausgebildet. Diese ist über einen Hebel 30 mit einer hydrostatischen Verstelleinrichtung 32 gekoppelt, die anhand 2 näher erläutert wird. Die Verstelleinrichtung 32 arbeitet hydrostatisch, d. h., sie besteht im Wesentlichen aus einem Hydrozylinder, der mit Stelldruckmittel beaufschlagt wird. Das Stelldruckmittel wird dabei von einer externen Stelldruckmittelquelle bereitgestellt.
Detailliertere Ausführungen über den Aufbau der Axialkolbenmaschine 1 sind entbehrlich, da hinreichend aus dem Stand der Technik bekannt.
2 zeigt in einem gemäß 1 definierten Schnitt B-B einen detaillierteren Aufbau der Verstelleinrichtung 32 und Steuerventile 50, 52, über die sie mit Stelldruckmittel versorgbar ist. Gemäß 1 ist die hydrostatische Verstelleinrichtung 32 im Gehäuseteil 4, genauer gesagt in einer sich im Wesentlichen quer zur Drehachse 18 erstreckenden Ausbuchtung des Gehäuseteils 4, angeordnet. Die Verstelleinrichtung 32 hat einen Zylinder 34, der an seinen beiden Endabschnitten jeweils von einem Zylinderdeckel 36 verschlossen ist. Im Zylinder 34 ist ein bezüglich einer Schnittebene A-A symmetrisch aufgebauter, doppelt wirkender Stellkolben 38 entlang einer Stellachse 40 axial verschieblich geführt. Der Stellkolben 38 hat einen im Wesentlichen doppelt U-förmigen oder einen H-förmigen Querschnitt. Demzufolge hat der Stellkolben 38 einen in Axialrichtung mittigen Kolbenboden 42, von dem aus sich hin zu dem jeweiligen Zylinderdeckel 36 je ein hohles Kolbenhemd 44 erstreckt. Ein Hohlraum 68 des jeweiligen Kolbenhemdes 44 ist dabei mit Stelldruckmittel beaufschlagbar. Hierzu ist der Innenraum des Zylinders 34 jeweils im Bereich des Zylinderdeckels 36 mit einer Stelldruckmittelleitung 46, 48 verbunden. Die Stelldruckmittelleitungen 46, 48 sind jeweils mit einem elektromagnetisch betätigbarem Druckregelventil 50, 52 verbunden. Beide sind an eine Stelldruckmittelleitung 54 angeschlossen, die mit einer externen Stelldruckmittelquelle verbindbar ist.
In einem Bereich, in dem das jeweilige Kolbenhemd 44 im Zylinder 34 axial verschieblich geführt ist, ist der Stellkolben 38 außenumfänglich von einer Dicht- und Führungseinrichtung 56 umgriffen, über die der Stellkolben 38 kippstabil, entlang der Stellachse 40 axial verschieblich geführt ist. Hinzu kommt, dass über die Dicht- und Führungseinrichtung 56 die jeweiligen mit Stelldruckmittel beaufschlagbaren Druckräume 58, 60 fluidisch voneinander getrennt sind. Die Dicht- und Führungseinrichtung 56 ist flach und manschettenförmig in einer darauf abgestimmten Umfangsnut einer Außenmantelfläche des Stellkolbens 38 aufgenommen. Eine detailliertere Beschreibung der Dicht- und Führungseinrichtung 56 erfolgt anhand 3.
3 zeigt das Detail A, wie es gemäß 2 definiert ist, wobei ein Ausschnitt um die Dicht- und Führungseinrichtung 56 und den Druckraum 58 zu sehen. Die folgende Beschreibung ist nicht auf den im Detail A dargestellten Bereich beschränkt, sondern gilt ebenso für die Dicht- und Führungseinrichtung 56 des jenseits des Kolbenbodens 42 angeordneten Kolbenhemdes 44.
Der Zylinder 34 hat eine Innenmantelfläche 60, der eine Außenmantelfläche 62 des Kolbenhemdes 44 gegenüber steht. Zwischen den beiden Mantelflächen 60, 62 ist ein Spalt 64 ausgebildet. Gemäß 3 ist dieser aus Gründen der Verdeutlichung der Erfindung übergroß dargestellt. Als Außenmantelfläche 62 wird an dieser Stelle nicht nur die den Spalt 64 ausbildende Außenseite des Stellkolbens 38 oder des Kolbenhemdes 44 bezeichnet, sondern sie umfasst auch eine vollumfängliche Umfangsausnehmung oder Umfangsnut 66, in der die Dicht- und Führungseinrichtung 56 angeordnet ist.
Der Druckraum 58 ist bei Betätigung des Druckregelventils 50 über die Stelldruckmittelleitung 46 mit Stelldruckmittel beaufschlagt. Demgemäß ist auch ein vom Kolbenhemd 44 umgebener Hohlraum 68 im Stellkolben 38 mit diesem Stelldruckmittel beaufschlagt. Ebenso wirkt der Stelldruck im Spalt 64. Da zum gleichen Zeitpunkt das Druckregelventil 52 gemäß 2 die Stelldruckleitung 48 mit Niederdruck verbindet, wirkt im in 2 oben dargestellten Druckraum 58 nicht der Stelldruck, sondern ein niedrigerer, beispielsweise ein Tankdruck. Dem entsprechend verschiebt sich gemäß 2 der Stellkolben 38 entgegen der Rückstellkraft eines in 2 oben angeordneten Federpaketes 70 nach oben. Gemäß 1 wird diese Stellbewegung des Stellkolbens 38 über den Hebel 30 an die Schwenkwiege 28 übertragen. Somit verstellt sich ein Anstellwinkel der Schrägscheibe 26 zur Drehachse 18, wodurch eine Veränderung des Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine 1 erfolgt. Die Bewegung kommt zum Erliegen, wenn am Stellkolben 38 Kräftegleichgewicht herrscht. Die Gegenbewegung des Stellkolbens 38 erfolgt nach dem gleichen Prinzip, jedoch mit invers angesteuerten Druckregelventilen 50, 52.
Die erfindungsgemäße Dicht- und Führungseinrichtung 56 ist manschettenförmig ausgestaltet und wird daher im Folgenden auch als Manschette 56 bezeichnet. Sie hat einen in der Schnittebene B-B liegenden, im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt, der sich in Axialrichtung der Stellachse 40 bedeutend länger als in einer Richtung radial dazu erstreckt. In anderen Worten ist die Manschette 56 in Radialrichtung flach ausgebildet. Die Umfangsausnehmung 66 ist dabei speziell auf die Manschette 56 abgestimmt ausgestaltet, indem sie in Axialrichtung zueinander beabstandete Umfangsvorsprünge oder Umfangsrippen 72 aufweist. Die Manschette 56 wiederum hat den Umfangsrippen 72 der Umfangsausnehmung 66 entsprechende Umfangsausnehmungen 74. Umfangsrippen 72 und Umfangsausnehmungen 74 sind in Eingriff. So ist die Manschette 56 gegen eine Verschiebung in Axialrichtung relativ zur Außenmantelfläche 62 des Stellkolbens 38 gesichert.
In 3 auffällig ist, dass nach radial innen weisende Kämme der zwischen den Umfangsaunehmungen 74 stehenden Umfangsrippen der Manschette 56 und jeweiligen Tälern der Umfangsausnehmungen, die zwischen den Umfangsrippen stehen, ein Radialspalt ausgebildet ist. In anderen Worten: Die Manschette 56 liegt radial innen nicht am Grund der Umfangsausnehmung 66, also nicht am Grund der zwischen den Umfangsrippen 72 ausgebildeten Täler, an.
An einem axialen Endabschnitt der Manschette 56, der zu dem der Manschette 56 zugeordneten Druckraum 58 weist, hat die Manschette eine radial bewegliche Lippe 78. Mit einer Außenmantelfläche 80 liegt die Manschette 56 - und damit auch die Lippe 78 - an der Innenmantelfläche 60 des Zylinders 34 an. Zwischen der Lippe 78 und einem Grund der Umfangsnut 66 ist ein Spalt 76 ausgebildet. Bei Druckbeaufschlagung des Druckraumes 58 gemäß 3 mit Stelldruckmittel steht über den Spalt 64 der Stelldruck auch am Spalt 76 an. In Folge verformt der Stelldruck die Lippe 78 nach radial außen und presst sie an die Innenmantelfläche 60 des Stellzylinders 34. Die Lippe 78 zusammen mit dem Spalt 78 wirken so dichtungsverstärkend.
Die Manschette 56 ist einstückig aus dem Material Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgebildet. Dieses hat eine sehr hohe Gleitfähigkeit, wodurch ein Reibungskoeffizient zwischen der Außenmantelfläche 80 der Manschette 56 und der Innenmantelfläche 60 gering ist. Vorteilhaft damit verbunden ist, dass eine Losbrechkraft des Stellkolbens 38 im Stellzylinder 34 gering und damit auch eine Hysterese der hydrostatischen Verstelleinrichtung 32 minimal ist. Dies trägt zur Regelgüte und zur Positioniergenauigkeit der Schwenkwiege 28 bei. Aufgrund der flachen Geometrie der Manschette 56 und des ausgewählten Materials PTFE ist die Manschette 56 zudem gegen Verformung aufgrund der Querkraftbelastung widerstandsfähig. Vorzugsweise wir als Material der Manschette PTFE mit festigkeitsverbessernden Füllstoffen, insbesondere Kohle- oder Glasfasern oder Metallpartikel verwendet. Wie aus 1 ersichtlich, ist der Stellkolben 38 mit dem Hebel 30 exzentrisch zur Stellachse 40 des Stellkolbens 38 gekoppelt. Demgemäß greift am Stellkolben 38 beim Stellen ein um eine Achse normal zur Stellachse 40 wirkendes Kippmoment an, wodurch die Manschetten 56 beim Stellen mit einer Radial- oder Querkraft belastet ist. Das gewählte Material PTFE weist dabei eine große Zähigkeit bzw. einen großen Widerstand gegen Verformung aufgrund der Radialkraft auf, wodurch der Stellkolben 38 trotz der exzentrischen Anlenkung des Hebels 30 und trotz der damit verbunden Querkraft kippstabil, axial verschieblich im Stellzylinder 34 geführt ist. Zur Kippstabilität trägt dabei auch der Umstand bei, dass gemäß 2 der Stellkolben 38 in beiden Bereichen der Kolbenhemden 44 die erfindungsgemäße Manschette 56 aufweist.
Generell ist die Manschette aus verformbarem, insbesondere elastisch und oder plastisch verformbaren Material gefertigt.
Vorzugsweise ist die Manschette auf die Außenmantelfläche des Stellkolbens geformt, insbesondere umgeformt.
Dabei kann die Manschette eine elastische oder ergänzend eine plastische Verformung erfahren.
Die Umfangsausnehmungen 74 der Manschette 56 gemäß 3 können vollständig oder unvollständig oder nicht vorgefertigt sein. Bei keiner oder bei unvollständiger Vorfertigung ergeben sie sich aufgrund elastischer oder - ergänzend plastischer - Verformung bei der Montage der Manschette 56 durch das Eindrücken der Umfangsrippen 72 in die Manschette.
Die einstückige Manschette 56 aus PTFE stellt eine preiswerte Dicht- und Führungseinrichtung dar. Ihr Montageprozess und ihre schlussendliche Formgebung am Stellkolben 38 erfolgt verfahrenstechnisch einfach in einem Arbeitsschritt.
Insbesondere aufgrund der guten Gleiteigenschaft des ausgewählten Materials kann eine Gegenlauffläche des Stellkolbens 38, also die Innenmantelfläche 60 des Stellzylinders 34, mit einer vergleichsweise großen Rauhigkeit ausgebildet sein, was die Fertigungskosten der Verstelleinrichtung 32 und der Verdrängermaschine 1 senkt.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass aufgrund der geringen Bautiefe oder radialen Erstreckung der Manschette 56 der Stellkolben 38 vergleichsweise breit bauen darf, ohne den in Radialrichtung benötigten Bauraum der hydrostatischen Verstelleinrichtung 32 zu vergrößern. Damit bleibt für innerhalb des Stellkolbens 38 anzuordnende Komponenten, wie dies beispielsweise in 3 die Federpakete 70 oder ein Federteller 82 zu deren Abstützung sind, noch genügend Bauraum zur Verfügung.
Durch die Einstückigkeit der Manschette 56, insbesondere in Kombination mit der für Sie vorgesehenen Umfangsausnehmung 66, ist eine Fehlmontage, insbesondere das Vergessen von Bauteilen bei der Montage, verhindert.
Die Manschette 56 stellt aufgrund ihrer geschilderten Gleiteigenschaften ein Feststoff- oder Gleitlager für den Stellkolben 38 in seinem Stellzylinder 34 dar. Insbesondere ist die Manschette 56 in ihrer gezeigten Bauform unempfindlich gegenüber Schmutz.
Die Axialkolbenmaschine 1 kann als Hydropumpe oder als Hydromotor ausgestaltet sein. Sie kann derart ausgestaltet sein, dass sie in beiden genannten Betriebsarten und in beiden Drehmomentrichtungen betreibbar ist.
Offenbart ist ein Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung, insbesondere für einen Hydrozylinder zur Verstellung eines Verdrängungsvolumens einer Verdrängermaschine. Der Stellkolben hat an einer Außenmantelfläche wenigstens eine vollumfängliche Manschette mit größerem Außendurchmesser als der Stellkolben. So ist über die Manschette zu Einen der Stellkolben in einem Stellzylinder der Verstelleinrichtung kippstabil, längsverschieblich führbar und zum anderen sind über die Manschette im Stellzylinder zwei Druckräume fluidisch voneinander trennbar.
Offenbart ist weiterhin eine Verstelleinrichtung mit einem Stellzylinder, in dem der genannte Stellkolben kippstabil, axial verschieblich geführt ist.
Weiterhin ist offenbart eine hydrostatische Verdrängermaschine, insbesondere eine Axialkolbenmaschine mit verstellbarem Verdrängungsvolumen, die die hydrostatische Verstelleinrichtung aufweist, wobei ein Stellglied der Verdrängermaschine, von welchem das Verdrängungsvolumen abhängt, vom Stellkolben angelenkt ist.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatische Axialkolbenmaschine
2: Gehäuse
4: topfförmiges Gehäuseteil
6: Gehäusedeckel
8: Triebwelle
10: Boden
12: Wellenstumpf
14: Außenverzahnung
16: Zylindertrommel
18: Zylinderbohrung
20: Arbeitskolben
22: hydrostatischer Arbeitsraum
24: Steuerscheibe
26: Schrägscheibe
28: Schwenkwiege
30: Hebel
32: hydrostatische Verstelleinrichtung
34: Zylinder
36: Zylinderdeckel
38: Stellkolben
40: Stellachse
42: Kolbenboden
44: Kolbenhemd
46, 48: Stelldruckmittelleitung
50, 52: Druckregelventil
54: Stelldruckmittelleitung
56: Dicht- und Führungseinrichtung
58: Druckraum
60: Innenmantelfläche
62: Außenmantelfläche
64: Spalt
66: Umfangsausnehmung
68: Hohlraum
70: Federpaket
72: Umfangsrippe
74: Umfangsausnehmung
76: Spalt
78: Lippe
80: Außenmantelfläche
82: Federteller

Claims

Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung (32), insbesondere zur Verstellung eines Verdrängungsvolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine (1), mit einer Außenmantelfläche (62), die von einer Dicht- und Führungseinrichtung (56) umgriffen ist, über die zum Einen der Stellkolben (38) in einem Stellzylinder (34) der hydrostatischen Verstelleinrichtung (32) kippstabil, axialverschieblich führbar ist, und zum Anderen ein Spalt (64) zwischen der Außenmantelfläche (62) des Stellkolbens (38) und einer Innenmantelfläche (60) des Stellzylinders (34) abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- und Führungseinrichtung (56) einstückig gebildet ist.
Stellkolben nach Anspruch 1, wobei ein Querschnitt der Dicht- und Führungseinrichtung (56) in Radialrichtung flacher ist als er in Axialrichtung lang ist.
Stellkolben nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dicht- und Führungseinrichtung (56) auf die Außenmantelfläche (62) des Stellkolbens (38) geformt, insbesondere umgeformt ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Widerstand der Dicht- und Führungseinrichtung (56) gegen radiale Verformung auf eine Querkraft der Verstellung abgestimmt ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Außenmantelfläche (80) der Dicht- und Führungseinrichtung (56) eine Gleitfähigkeit aufweist, sodass eine Losbrechkraft des Stellkolbens (38) im Stellzylinder (34) der hydrostatischen Verstelleinrichtung (32) minimal ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenmantelfläche (62) des Stellkolbens (38) eine radiale Verjüngung (66), insbesondere eine Umfangsausnehmung oder -nut aufweist, in der die Dicht- und Führungseinrichtung (56) aufgenommen ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicht- und Führungseinrichtung (56) mit der Außenmantelfläche (62) in Eingriff ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehen Ansprüche, wobei wenigstens eine Ausnehmung und / oder ein Vorsprung (72) der Außenmantelfläche (62) des Stellkolbens (38) mit einem Vorsprung und oder einer Ausnehmung (74) der Dicht- und Führungseinrichtung (56) in Eingriff ist.
Stellkolben nach Anspruch 8, wobei eine Tiefe des Eingriffs oder der Eingriffe in Axialrichtung variabel ist.
Stellkolben nach Anspruch 8 oder 9, wobei sich die wenigstens eine Ausnehmung (74) und /oder der wenigstens eine Vorsprung (72) umfänglich, insbesondere vollumfänglich erstreckt oder erstrecken.
Stellkolben nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die wenigstens eine Ausnehmung und / oder der wenigstens eine Vorsprung wenigstens einen Hinterschnitt aufweist oder aufweisen.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicht- und Führungseinrichtung (56) an einem axialen Endabschnitt eine nach radial außen deformierbare Lippe (78) hat, wobei zwischen dieser und der Außenmantelfläche (62) des Stellkolbens (38) ein mit Stelldruckmittel beaufschlagbarer Spalt (76) ausbildbar oder ausgebildet ist.
Hydrostatische Verstelleinrichtung, insbesondere zur Verstellung eines Hubvolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine (1), mit einem Stellzylinder (34), in dem ein gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildeter Stellkolben (38) aufgenommen ist, über dessen Dicht- und Führungseinrichtung (56) der Stellkolben (38) im Stellzylinder (34) kippstabil, axialverschieblich geführt ist und im Stellzylinder (34) zwei Räume (58) fluidisch voneinander getrennt sind.
Hydrostatische Verdrängermaschine mit einem verstellbaren Verdrängungsvolumen und mit einer hydrostatischen Verstelleinrichtung (32), die gemäß Anspruch 13 ausgebildet ist, und über die ein Stellglied (28) der Verdrängermaschine (1), von dessen Verstellung das Verdrängungsvolumen abhängig ist, angelenkt ist.
Verdrängermaschine nach Anspruch 14, die eine Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise (1) ist, wobei das Stellglied (28) eine verschwenkbare Schrägscheibe (26) hat, an der Arbeitskolben (20) gleitend abgestützt sind, oder die eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ist, wobei das Stellglied eine verschwenkbare Welle ist, mit der eine Zylindertrommel drehfest verbunden ist.