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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Steuerscheibe für eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsbauweise. Derartige Steuerscheiben werden auch als Steuerlinsen bezeichnet und sind zwischen einer rotierenden Zylindertrommel und einer ruhenden kreisbogenförmigen Lagerbahn der Axialkolbenmaschine eingespannt. An einer ersten Gleitfläche der Steuerscheibe rotiert also die Zylindertrommel, damit die darin geführten Kolben den gewünschten Hub ausführen, und mit ihrer zweiten Gleitfläche bewegt sich Steuerscheibe entlang der Lagerbahn, wenn die Zylindertrommel verschwenkt wird, um das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine zu verstellen.
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An der ersten Gleitfläche der Steuerscheibe sind - der rotierenden Bewegung der Zylindertrommel entsprechend - zwei kreisbogenförmig gekrümmte erste Ausnehmungen eingebracht. An der zweiten Gleitfläche sind - der Bewegung der Steuerscheibe entsprechend - zwei weitere Ausnehmungen eingebracht, die im Folgenden zweite Ausnehmungen genannt werden. Im Betrieb der Axialkolbenmaschine ist eine der beiden ersten Ausnehmungen und eine der beiden zweiten Ausnehmungen dem Hochdruck zugeordnet. Entsprechend ist die andere der beiden ersten Ausnehmungen und die andere der beiden zweiten Ausnehmungen dem Niederdruck zugeordnet.
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Da die unterschiedlich geformten Ausnehmungen durch die Steuerscheibe paarweise fluidisch verbunden sein müssen, werden sie derart tief in die Steuerscheibe eingebracht, dass sich dabei Durchgangausnehmungen bzw. Öffnungen ergeben. Wenn die Ausnehmungen etwa wannen- oder trogförmig sind, ergeben sich Öffnungen, deren Ränder spitzwinklige Verschneidungen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Spannungsüberhöhungen im Material der Steuerscheibe zu reduzieren, die sich an derartigen Verschneidung ergeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Steuerscheibe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die beanspruchte Steuerscheibe oder Steuerlinse ist für eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise ausgelegt. Sie weist eine erste Gleitfläche auf, an der eine um eine Drehachse rotierende Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine abstützbar ist, und sie weist eine der ersten Gleitfläche gegenüberliegende zweite Gleitfläche auf, über die die Steuerscheibe an einer kreisbogenförmigen Gleitlagerschale der Axialkolbenmaschine abstützbar ist. In der ersten Gleitfläche sind (mindestens) zwei zumindest abschnittsweise wannen- oder trogförmige erste Ausnehmungen angeordnet, die um die Drehachse kreisbogenförmig gekrümmt sind. In der zweiten Gleitfläche sind (mindestens) zwei zumindest abschnittsweise wannen- oder trogförmige zweite Ausnehmungen angeordnet. Dabei sind die Ausnehmungen derart tief, dass sie mehrere Öffnungen bilden, über die die Steuerscheibe jeweils durchströmbar ist. Vorzugsweise bildet jede der beiden ersten Ausnehmungen mit einer der beiden zweiten Ausnehmungen zwei Öffnungen. Die Öffnungen sind zumindest abschnittsweise von einer jeweiligen Verschneidungskante umrandet, die in einem Übergang zwischen der zugeordneten ersten Ausnehmung und der zugeordneten zweiten Ausnehmung gebildet ist. Erfindungsgemäß ist an der Verschneidungskante eine Entspannungsausnehmung vorgesehen, die zumindest abschnittsweise die Form eines konkaven Kreiszylinderabschnitts hat. Damit kann die Entspannungsausnehmung von einem Bohrer oder Fräser durch Bewegung entlang dessen Rotationsachse gefertigt werden. Bevor die erfindungsgemäße Entspannungsausnehmung gefertigt wurde, war die Öffnung vollumfänglich von der mehr oder weniger scharfkantigen Verschneidungskante umrandet. Nach der Fertigung der erfindungsgemäßen Entspannungsausnehmung ist die Öffnung von einer verbliebenen Verschneidungskante und von der Entspannungsausnehmung umrandet.
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Die Entspannungsausnehmung kann zumindest abschnittsweise an einer inneren Seitenwand der zweiten Ausnehmung gebildet sein.
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Die Entspannungsausnehmung kann zumindest abschnittsweise an einem Grund der ersten Ausnehmung gebildet sein.
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Die Entspannungsausnehmung kann zumindest abschnittsweise an einer radial äußeren Seitenwand der ersten Ausnehmung gebildet sein.
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Bevorzugt wird eine Kombination der letzten drei genannten Bereiche, an denen die Entspannungsausnehmung angeordnet ist.
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Bei einer Ausführungsform ist eine Mittelachse des Kreiszylinderabschnitts der Entspannungsausnehmung schräg angestellt zur Drehachse der Zylindertrommel. Die Mittelachse ist die Rotationsachse des Bohrers oder Fräsers. Dabei ist die Entspannungsausnehmung nur von dem Kreiszylinderabschnitt gebildet. Dann ist es möglich, den Bohrer oder Fräser von beliebiger Seite in die Steuerscheibe einzuführen, womit die Fertigung der Entspannungsausnehmung der erfindungsgemäßen Steuerscheibe vereinfacht ist. Bei der Fertigung mit einem Bohrer wird es besonders bevorzugt, wenn zweifach gebohrt wird.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist die Mittelachse des Kreiszylinderabschnitts parallel zur Drehachse der Zylindertrommel. Damit kann der Bohrer oder Fräser fertigungstechnisch einfach parallel zur Drehachse und damit senkrecht zur ersten Gleitfläche ausgerichtet und in die Steuerscheibe eingefahren werden.
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Insbesondere bei der zuletzt genannten Ausführungsform mit der Mittelachse parallel zur Drehachse kann die Entspannungsausnehmung zumindest abschnittsweise auch die Form eines Kegelabschnitts haben. Damit kann die Entspannungsausnehmung mit einem Bohrer gefertigt werden, und die Position des Kegelabschnitts ist / wird durch die Bohrtiefe definiert.
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Gemäß einer ersten Variante der zweiten Ausführungsform ist dieser Kegelabschnitt an der inneren Seitenwand der zweiten Ausnehmung angeordnet. Dazu kann die Entspannungsausnehmung mit dem Bohrer gefertigt werden, der von der ersten Gleitfläche her in die Steuerscheibe eingeführt wird.
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Gemäß einer zweiten Variante der zweiten Ausführungsform ist dieser Kegelabschnitt an der radial äußeren Seitenwand der ersten Ausnehmung angeordnet. Dazu kann die Entspannungsausnehmung mit dem Bohrer gefertigt werden, der von der zweiten Gleitfläche her in die Steuerscheibe eingeführt wird.
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Nachstehend werden drei Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Ansicht auf eine erste Gleitfläche der erfindungsgemäßen Steuerscheibe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ist eine perspektivische Ansicht auf eine zweite Gleitfläche der Steuerscheibe aus 1;
- 3 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der ersten Gleitfläche der Steuerscheibe aus den beiden vorhergehenden Figuren;
- 4 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der ersten Gleitfläche der erfindungsgemäßen Steuerscheibe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 5 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der zweiten Gleitfläche der Steuerscheibe aus 4;
- 6 ist eine geschnittene seitliche Ansicht auf einen Ausschnitt der Steuerscheibe aus den 4 und 5;
- 7 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der ersten Gleitfläche der erfindungsgemäßen Steuerscheibe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 8 ist eine perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der zweiten Gleitfläche der Steuerscheibe aus 7; und
- 9 ist eine geschnittene seitliche Ansicht auf einen Ausschnitt der Steuerscheibe aus den 7 und 8.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 und 2 sind die beiden Seiten eine Steuerlinse bzw. Steuerscheibe 10 gemäß dem ersten Ausführungsbespiel gezeigt, die für eine Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit verstellbarem Hubvolumen ausgelegt ist.
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Die Steuerscheibe 10 weist eine erste und eine zweite Gleitfläche 21, 22 auf, welche voneinander weg weisen. Die erste Gleitfläche 21 (gemäß 1) ist rotationssymmetrisch bezügliche einer Drehachse 11 einer (nicht gezeigten) Zylindertrommel ausgebildet. Die erste Gleitfläche 21 ist eben ausgeführt und senkrecht zur Drehachse 11 angeordnet. Die zweite Gleitfläche 22 (gemäß 2) ist mit einem konstanten Querschnittsprofil konvex kreisbogenförmig gekrümmt und verläuft abschnittsweise um eine Schwenkachse 12 herum. Der Schwenkradius 13 ist gezeigt. Um die Schwenkachse 12 wird die Zylindertrommel mit der Steuerscheibe 10 geschwenkt, um das Hubvolumen der Axialkolbenmaschine zu verstellen.
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Die Drehachse 11 und die Schwenkachse 12 schneiden sich in einem Punkt, wobei sie senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
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Die Steuerscheibe 10 ist einstückig ausgebildet. Ein Rohteil der Steuerscheibe 10 wird vorzugsweise geschmiedet, wobei das Rohteil spanabhebend nachbearbeitet wird. Alternativ kann die Steuerscheibe 10 auch aus dem Vollen gefräst werden.
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In der ersten Gleitfläche 21 sind zwei erste Ausnehmungen 31 angeordnet, welche jeweils eine radial innere und eine radial äußere Seitenwand 43, 44 aufweisen. Die beiden Seitenwände 43, 44 verlaufen jeweils im Wesentlichen kreiszylinderförmig um die Drehachse 11 herum, wobei sie einander gegenüberstehen.
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Jeder der beiden ersten Ausnehmungen 31 ist eine zweite Ausnehmung 32 in der zweiten Gleitfläche 22 zugeordnet, wobei die beiden zweiten Ausnehmungen 32 jeweils eine im Wesentlichen ebene erste und zweite Seitenwand 41, 42 aufweisen, die einander gegenüberstehen. Die beiden Seitenwände 41, 42 verlaufen senkrecht zur Schwenkachse 12.
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Im Betrieb der Axialkolbenmaschine ist eine der beiden ersten Ausnehmungen 31 und eine der beiden zweiten Ausnehmungen 32 dem Hochdruck zugeordnet. Entsprechend ist die andere der beiden ersten Ausnehmungen 31 und die andere der beiden zweiten Ausnehmungen 32 dem Niederdruck zugeordnet.
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Die beiden ersten und die beiden zweiten Ausnehmungen 31, 32 sind so tief ausgeführt, dass sie insgesamt vier Verschneidungskanten 50 bilden, welche eine jeweilige Öffnung in der Steuerscheibe 10 umgrenzen.
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In 1 sind an jeder der vier Öffnungen sichelförmige oder kreisbogenförmige Entspannungsausnehmungen 33 zu erkennen, die mit einem Bohrer gefertigt sind.
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3 zeigt den Bereich einer der vier erfindungsgemäßen Entspannungsausnehmungen 33 vergrößert. Die erste Seitenwand 41 der zweiten Ausnehmung 32, welche näher an der Drehachse 11 (vgl. 2) angeordnet ist als die zweite Seitenwand 42, definiert einen ersten Abschnitt 51 der Verschneidungskante 50 (1), während die radial äußere Seitenwand 44 der ersten Ausnehmung 31 einen zweiten Abschnitt 52 der Verschneidungskante 50 definiert. Zwischen den beiden Abschnitten 51, 52 ist die Entspannungsausnehmung 33 angeordnet, die einen dritten Abschnitt 53 der Verschneidungskante 50 definiert.
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Der dritte Abschnitt 53 und damit die Entspannungsausnehmung 33 grenzen unmittelbar an den ersten Abschnitt 51 an.
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Die erste Ausnehmung 31 ist zwischen der radial äußern Seitenwand 44 und einem Grund konkav verrundet, wobei der konkav verrundete Bereich 37 einen vierten Abschnitt 54 der Verschneidungskante 50 bildet, welcher zwischen dem zweiten und dem dritten Abschnitt 52; 53 angeordnet ist.
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Die Entspannungsausnehmung 33 hat einen Kreiszylinderabschnitt 33a und einen Kegelabschnitt 33b. Beide Abschnitte 33a, 33b ergeben sich durch die Form des verwendeten Bohrers.
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Eine Tiefe 61 der Entspannungsausnehmung 33, gemessen von ersten Seitenwand 41 aus, weist einen kreisbogenförmigen Verlauf auf, der ausgehend von Null auf einen Maximalwert ansteigt und wieder auf Null abfällt.
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Der kreisbogenförmige Verlauf der Tiefe 61 ist so gewählt, dass sich an dem dem zweiten Abschnitt 52 zugewandten Ende des dritten Abschnitts 53 ein Knick mit einem Winkel von mehr als 130° ergibt. Es versteht sich, dass ein Winkel von 180°, also ein knickfreier Übergang, optimal wäre, wobei dieses Optimum auf Grund von Fertigungsungenauigkeit nur schwer erreichbar ist. Der vorgeschlagenen sehr flache Knick hat allenfalls eine geringe Spannungsüberhöhung zur Folge, die im Wesentlichen nicht stört.
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Zu den im Wesentlichen ebenen Seitenwänden 41, 42 oder im Wesentlichen kreiszylindrisch gekrümmten Seitenwänden 43, 44 ist anzumerken, dass die genannte Form üblicherweise genau eingehalten ist. Es versteht sich aber, dass Abweichungen von dieser Idealform, welche die Spannungsverteilung in der Steuerscheibe 10 wenig beeinflussen, ebenfalls vom Schutz erfasst sein sollen.
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Der Krümmungsradius 35 des genannten kreisbogenförmigen Verlaufs der Tiefe 61 wird definiert durch den Radius des verwendeten Bohrers. Es wird bevorzugt, wenn dieser Krümmungsradius 35 zwischen 10% und 30% einer Breite 34 (vgl. 2) der zugeordneten zweiten Ausnehmung 32 beträgt.
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Mit Bezug zu 3 wird es bevorzugt, wenn eine Tiefe 62 der Entspannungsausnehmung 33 in Richtung der Drehachse 11 zwischen 20% und 70% der dortigen Materialstärke 60 zwischen dem Grund der ersten Ausnehmung 31 und der zweiten Gleitfläche 22 beträgt.
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In den 4 bis 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entlastungsausnehmung 133 dargestellt. Wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ist sie mit einem Bohrer eingebracht, der parallel zur Drehachse 11 der Zylindertrommel ausgerichtet ist. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist der Bohrer von der zweiten Gleitfläche 22 her eingebracht.
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Die Entspannungsausnehmung 133 hat einen Kreiszylinderabschnitt 133a und einen Kegelabschnitt 133b, wobei der Kegelabschnitt 133b in der radial äußere Seitenwand 44 der ersten Ausnehmung 31 angeordnet ist.
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In den 7 bis 9 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Entlastungsausnehmung 233 dargestellt. Wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 6 ist sie mit einem Bohrer eingebracht. Abweichend vom ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist der Bohrer schräg angestellt zur Drehachse 11 eingebracht.
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Die Entspannungsausnehmung 233 hat lediglich einen Kreiszylinderabschnitt 233.
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Die Drehachse 11 der Zylindertrommel kann rein begrifflich ersetzt werden durch eine Achse 11 der Steuerscheibe 10, die senkrecht zur ersten Gleitfläche 21 ausgerichtet ist, und die mittig zwischen den beiden kreisbogenförmig gekrümmten ersten Ausnehmungen 31 angeordnet ist. Damit ist die Achse 11 auch ohne die nicht zum Schutzumfang gehörende Zylindertrommel definiert.
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Offenbart ist eine Steuerscheibe 10 oder Steuerlinse für eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise. Sie weist eine erste und eine zweite Gleitfläche 21, 22 auf. In der ersten Gleitfläche 21 sind zwei zumindest abschnittsweise wannen- oder trogförmige Ausnehmungen 31 angeordnet, die um eine Drehachse 11 kreisbogenförmig gekrümmt sind. In der zweiten Gleitfläche 22 sind ebenfalls zwei zumindest abschnittsweise wannen- oder trogförmige Ausnehmungen 32 angeordnet. Dabei bilden die Ausnehmungen 31, 32 mehrere Öffnungen, durch die jeweils Arbeitsdruckmittel der Axialkolbenmaschine strömen kann. Die Öffnungen sind bei der Fertigung der Steuerscheibe zunächst von einer jeweiligen Verschneidungskante 50 umrandet, die in einem Übergang zwischen den beiden Ausnehmungen 31, 32 gebildet ist. Zumindest ein spitzwinkliger Bereich der Verschneidung 50, die sich durch die Fertigung der beiden Ausnehmungen 31, 32 ergibt, wird erfindungsgemäß abgetragen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Steuerscheibe
- 11
- Drehachse
- 12
- Schwenkachse
- 13
- Schwenkradius
- 21
- erste Gleitfläche
- 22
- zweite Gleitfläche
- 31
- erste Ausnehmung
- 32
- zweite Ausnehmung
- 33; 133; 233
- Entspannungsausnehmung
- 33a; 133a; 233a
- Kreiszylinderabschnitt
- 33b; 133b
- Kegelabschnitt
- 34
- Breite der zweiten Ausnehmung
- 35
- Krümmungsradius
- 37
- konkav verrundeter Bereich (der ersten Ausnehmung)
- 41
- innere Seitenwand (der zweiten Ausnehmung)
- 42
- äußere Seitenwand (der zweiten Ausnehmung)
- 43
- radial innere Seitenwand (der ersten Ausnehmung)
- 44
- radial äußere Seitenwand (der ersten Ausnehmung)
- 50
- Verschneidungskante
- 51
- erster Abschnitt (der Verschneidungskante)
- 52
- zweiter Abschnitt (der Verschneidungskante)
- 53
- dritter Abschnitt (der Verschneidungskante)
- 54
- vierter Abschnitt (der Verschneidungskante)
- 60
- Materialstärke
- 61
- Tiefe (der Entspannungsausnehmung)
- 62
- Tiefe (der Entspannungsausnehmung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1008748 B1 [0002]
- EP 1041279 B1 [0002]
