DE102019215159A1

DE102019215159A1 - Stellkolben und Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE102019215159A1
Application number: DE102019215159.0A
Authority: DE
Inventors: Bernd Huehn
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-10-02
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-04-08
Anticipated expiration: 2039-10-03
Also published as: CN112594149A; US11236771B2; US20210102559A1; DE102019215159B4

Abstract

Offenbart ist ein Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit zumindest einer Dicht- und Führungseinheit, die in eine aus zwei Bereichen bestehenden Umfangsausnehmung eines Stellkolbens einsetzbar ist und eine Verbesserung der Führung und Dichtung des Stellkolbens bewirkt. Offenbart ist ebenfalls eine Verstelleinrichtung, die mit einem derartigen Stellkolben ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Verstelleinrichtung nach Patentanspruch 11.
Aus dem Stand der Technik sind Stellkolben bekannt, die längsverschieblich in einem Stellzylinder aufgenommen sind und so eine hydrostatische Verstelleinrichtung ausbilden, die sogar bei kleiner Abmessung der Verstelleinrichtung große Stellkräfte erzeugen können. Werden von Stellkolben verschwenkbare Stellglieder außermittig angelenkt, 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 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 Bosch-Rexroth Datenblatt 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.
Aus der DE 10 2017 211 750 A1 ist ein gattungsgemäßer Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung bekannt. Der Stellkolben hat eine Außenmantelfläche, die von einer als Dichtmanschette ausgeführten Dicht- und Führungseinrichtung umgriffen ist, über die der Stellkolben in einem Stellzylinder kippstabil und axial verschieblich geführt ist und ein Spalt zwischen dem Stellkolben und dem Stellzylinder abdichtbar ist. Die Dicht- und Führungseinheit ist am Stellkolben gehalten und einstückig ausgebildet und hat daher eine Doppelfunktion, das heißt, die Dicht- und Führungseinheit führt den Stellkolben in dem Stellzylinder und dichtet den Stellkolben gegenüber dem Stellzylinder ab.
In der DE 10 2017 219 361 A1 ist die Herstellung der vorstehend erwähnten Dichtmanschette beschrieben. Demgemäß liegt die eine Dicht- und Führungseinheit ausbildende Dichtmanschette zunächst als Ringscheibe vor und wird dann mittels einer Aufweitvorrichtung aufgeweitet, wobei die Ringscheibe in eine Konusform einklappt. Anschließend wird der Innendurchmesser der Dichtmanschette in weiteren Aufweitstufen aufgeweitet, bis der gewünschte Innendurchmesser erreicht ist und die Ringscheibe in eine Konus- oder Hülsenform umgefomt ist. Mittels einer Kompressionsvorrichtung wird die Dichtmanschette dann auf dem Stellkolben aufgebracht, wobei die Dichtmanschette auf ihren Nenndurchmesser gebracht wird.
Nachteilig an den vorbeschriebenen Stellkolben ist, dass die Querkraftaufnahme auf den Stellkolben eingeschränkt ist und die Reibung zwischen dem Stellkolben und dem Stellzylinder erhöht ist.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Stellkolben, bei dem die Einleitung von Querkräften verbessert ist, und eine Verstelleinrichtung mit eine derartigen Stellkolben, zu schaffen.
Die Aufgabe wird durch einen Stellkolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Verstelleinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßer Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung, insbesondere zur Verstellung eines Verdrängervolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine mit veränderlichem Hubvolumen, hat eine Außenmantelfläche, die von einer Dicht- und Führungseinheit umgriffen ist. Die Dicht- und Führungseinheit ist in einem Bereich einer Umfangsausnehmung der Außenmantelfläche des Stellkolbens angeordnet. Über die Dicht- und Führungseinheit ist der Stellkolben in einem Stellzylinder der hydrostatischen Verstelleinrichtung kippstabil und axialverschieblich führbar. Die Dicht- und Führungseinheit ist ausgelegt, um einen Spalt zwischen der Außenmantelfläche des Stellkolbens und einer Innenmantelfläche des Stellzylinders abzudichten. Erfindungsgemäß ist die Umfangsausnehmung des Stellkolbens in zwei Bereiche unterteilt, wobei ein erster Bereich zur Aufnahme von Querkräften und ein zweiter Bereich zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet sind.
Im Gegensatz zum zitierten Stand der Technik ist ein Boden der Umfangsausnehmung so ausgebildet, dass im zweiten Bereich Vorsprünge ausgebildet sind, während der erste Bereich derart ausgeführt ist, dass er im Hinblick auf die Aufnahme von Querkräften optimiert ist. Durch die Unterteilung in zwei Bereiche ist darüber hinaus eine besonders reibungsarme Dichtung und Führung ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist, dass die Hysterese im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich verbessert ist
Der Maximaldurchmesser des Stellkolbens mit Dichtung/Führung ist gegenüber dem Stand der Technik verringert. Der Durchmesser der hohen Umfangsausnehmungen des zweiten Bereiches ist geringer, somit kann das Kompressionswerkzeug kleiner sein. Nach dem Kalibrieren des Dichtungs-Führungselements und der Relaxation des Dichtungs- Führungswerkstoffs entsteht ein Dichtdurchmesser der gegenüber dem Stand der Technik kleiner ist, was zu wesentlich geringerer Reibung und damit zu geringerer Hysterese führt.
Der erste Bereich der Umfangsausnehmung ist vorzugsweise auf einer von einem Druckraum abgewandten Seite des Bodens der Umfangsausnehmung angeordnet und durch einen vergleichsweise breiten, gegenüber einem Boden der Umfangsausnehmung radial erhöhten Führungsbereich zur Aufnahme von Querkräften ausgebildet. Durch diesen kann die Querkraft über eine große Fläche aus dem Stellkolben in die Gehäusebohrung geleitet werden. Dadurch ist die Flächenbelastung im Führungsbereich deutlich gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen verringert.
Durch den vergleichsweise breiten Führungsbereich im ersten Bereich sind die radiale Verformung der Dicht- und Führungseinheit unter Last und der Verschleiß im Betrieb gegenüber den bekannten Lösungen aus dem Stand der Technik deutlich verringert.
Vorzugsweise ist die radiale Abmessung im ersten Bereich so, dass nach Aufbringen der Dicht- und Führungseinrichtung ein zentrischer Spalt von 0,01% bis 0,25% des Stellkolbendurchmessers entsteht.
Der zweite Bereich ist vorzugsweise auf der dem Druckraum zugewandten Seite der Umfangsausnehmung angeordnet.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die axiale Ausdehnung des Führungsbereichs im ersten Bereich um ein mehrfaches größer als die axiale Ausdehnung der Vorsprünge im zweiten Bereich.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Dicht- und Führungseinheit einstückig ausgebildet ist.
Vorteilhafterweise sind die Vorsprünge im zweiten Bereich gestuft ausgebildet. Mit anderen Worten gesagt ist ein erster Vorsprung, der dem ersten Bereich am nächsten liegt, in Radialrichtung des Stellkolbens gesehen wesentlich kleiner ausgebildet als ein letzter Vorsprung, der einem druckraumseitigen Ende der Umfangsausnehmung am nächsten liegt.
Von einem Trennbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ausgehend nimmt der Durchmesser der Vorsprünge vorzugsweise zum druckraumseitigen Ende der Umfangsausnehmung hin zu.
Vorzugsweise steht die Dicht- und Führungseinheit zumindest abschnittsweise in direktem Eingriff mit Bereichen der Umfangsausnehmung. Die Dicht- und Führungseinheit befindet sich formschlüssig im Eingriff mit zumindest einem der Vorsprünge des zweiten Bereichs, insbesondere mit allen Vorsprüngen, und besonders bevorzugt nicht mit dem Führungsbereich im ersten Bereich. Die Vorsprünge hintergreifen demnach teilweise eine Umfangsfläche der Dicht- und Führungseinheit, die der Außenmantelfläche des Stellkolbens zugewandt ist, indem sie in die Dicht- und Führungseinheit eingedrückt werden und/oder in Ausnehmungen der Dicht- und Führungseinheit eingreifen, die den Vorsprüngen gegenüberliegend angeordnet sind.
In einer Weiterbildung sind die Vorsprünge derart ausgebildet, dass sie die auf die Dicht- und Führungseinheit wirkenden Axialkräfte aufnehmen und die Dichtung zwischen Stellkolben und Stellzylinder gewährleisten. Stirnflächenabschnitte der Vorsprünge sind in Eingriff mit der Dicht- und Führungseinheit und nehmen so die auf die Dicht- und Führungseinheit wirkenden Kräfte, insbesondere Axialkräfte, auf und leiten diese in den Stellkolben ab.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn der Vorsprung mit der vom Stellkolben aus gesehen größten Radialerstreckung, im Folgenden auch als größter Vorsprung bezeichnet, zumindest zu mehr als 40%, vorzugsweise zu 42% der Ausgangsdicke der Dicht- und Führungseinheit im neumontierten Zustand in diese eindringt.
Durch eine derartige Ausformung des im Wesentlichen Axialkräfte aufnehmenden zweiten Bereichs in Verbindung mit den vorbeschriebenen Ausgestaltungen des im wesentlichen Querkräfte aufnehmenden ersten Bereichs wird in Zusammenwirken mit der Dicht- und Führungseinheit ein Spalt im Dichtbereich zwischen Stellkolben und Stellzylinder vermieden, der zu Undichtigkeiten führen könnte. Auch wird durch Reduzierung der Verformung unter Last, beispielsweise aufgrund der einwirkenden Querkraft und durch Reduzierung des Verschleißes verhindert, dass der größte Vorsprung an der druckzugewandten Seite sich zu mehr als 55% der Materialstärke der Dicht- und Führungseinheit in diese eindringt und damit strukturell schädigt.
In einer Weiterbildung ist die Rückfederung der Dicht- und Führungseinheit materialbedingt derart ausgeführt, dass sich nach dem Aufbringen der Dicht- und Führungseinheit, was auch als Aufkalibrieren bezeichnet wird, ein reibungsarmer Dichtdurchmesser ausbildet. Maßgeblich für eine geringe Reibung zwischen Stellkolben und Stellzylinder ist, dass der maximale Durchmesser des Stellkolbens in Verbindung mit der Dicht- und Führungseinheit nur minimal größer ist, als der Bohrungsdurchmesser des Stellzylinders. So wird eine hinreichende Dichtigkeit bei verringerter Reibung erzielt. Dieser Dichtdurchmesser ist beispielsweise maximal 0,5% größer als ein Bohrungsdurchmesser des Stellzylinders. Die Dicht- und Führungseinrichtung ist so ausgelegt, dass durch das Aufkalibrieren bei Raumtemperatur die Dicht- und Führungsdurchmesser entstehen.
Eine Kalibrierhülse kann zum Aufbringen der Dicht- und Führungseinheit auf den Stellkolben verwendet werden. Diese ist mindestens 0,3% kleiner als ein Bohrungsdurchmesser des Stellzylinders. Um das materialschonende Aufkalibrieren der Dicht- und Führungseinheit bei Raumtemperatur zu ermöglichen wird ein Führungsdurchmesser hauptsächlich durch die Abmessungen des Durchmessers der Außenumfangsausnehmung im ersten Bereich und die Materialstärke, bzw. Wandstärke der Dicht- und Führungseinheit gebildet und nicht durch die Verdichtung beim Aufkalibrieren. Der Führungsdurchmesser liegt also im ersten Bereich an und ist geringer als der Dichtdurchmesser im zweiten Bereich.
Besonders bevorzugt ist es, wenn jeweils in Endabschnitten des ersten und des zweiten Bereichs der Umfangsausnehmung der Durchmesser des Stellkolbens kleiner ist als im Führungsbereich des ersten Bereichs. So bildet sich zwischen der Dicht- und Führungseinheit und dem Boden der Umfangsausnehmung ein Raum aus, der sich zwischen der Dicht- und Führungseinheit und dem Stellkolben erstreckt. Die Eigenspannung im Material der Dicht- und Führungseinheit zieht diese in den so ausgebildeten Raum hinein und bildet an den Enden der Dicht- und Führungseinheit, den dem Druckraum zugewandten und abgewandten Endabschnitten, jeweils eine Fase aus, die die Ausbildung eines Schmierkeils bei bewegtem Stellkolben bewirkt, was die Reibung zwischen dem Stellkolben und dem Stellzylinder weiter reduziert.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer Verstelleinrichtung mit Stellkolben genauer erläutert.
Es zeigen:

1 einen Schnitt einer Verstelleinrichtung;
2 eine Detaildarstellung einer Verstelleinrichtung und
3 eine Detaildarstellung eines Vorsprungs.

1 zeigt einen Stellzylinder 1a mit einem Stellkolben 1 einer abschnittsweise dargestellten hydrostatischen Verstelleinrichtung 2. Der Stellkolben 1 weist zwei umlaufende Außenmantelflächen 4 auf, die jeweils in einem Schulterbereich des Stellkolbens 1 eine Dicht- und Führungseinheit 6 aufweisen, die an bzw. in einer jeweiligen Umfangsausnehmung 8 des Stellkolbens 1 angeordnet ist. Die Dicht- und Führungseinheit 6 ist als Dichtmanschette ausgeführt und wird vorzugsweise nach dem in der eingangs genannten DE 10 2017 219 361 A1 offenbarten Verfahren aus einer Ringscheibe hergestellt. Diese ist vorzugsweise aus einem Fluorkunstsoff, insbesondere aus PTFE gebildet. Dieses Material weist gute Gleit- und Dichteigenschaften auf. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten des Herstellverfahrens wird auf die oben genannte Druckschrift verwiesen.
Der Stellkolben 1 ist entlang einer Längsachse 19 verschiebbar in einem Hauptabschnitt 3 eines doppelt wirkend ausgebildeten Stellzylinders 1a geführt, der einstückig mit einem Gehäuse der zu verstellenden Verdrängermaschine oder an dieses ansetzbar ausgebildet ist. Ein stirnseitiger Abschluss des Stellzylinders 1a ist durch einen Deckel 10 gebildet.
An einer (in 1 rechts dargestellten) Seite des Stellkolbens 1 ist ein Federpaket 5 in einem mit einem ersten Druckraum 11 des Stellzylinders 1a in Druckmittelverbindung stehenden Federraum des Stellkolbens 1 angeordnet. Der Druckraum 11 ist zum Verstellen des Schwenkwinkels mit einem Stelldruck beaufschlagbar. Ein gehäusefester Zapfen 7 ist entlang der Längsachse 19 durch den Boden des Deckels 10 des Stellzylinders 1a geführt und daran befestigt. Ein buchsenförmiger Abschnitt des Deckels 10 erstreckt sich in axialer Richtung in den Hauptabschnitt 3, so dass der Stellkolben 1 teilweise in den Deckel 10 eintaucht und eine der beiden Dicht- und Führungseinheiten 6 den Stellkolben 1 entlang einer Innenmantelfläche des buchsenförmigen Abschnitts des Deckels 10 führt.
Der von dem Zapfen 7 durchsetzte Druckraum 11 ist teilweise durch den Deckel 10 begrenzt und steht, wie oben erwähnt, in Druckmittelverbindung mit dem Federraum des Stellkolbens 1, in dem das Federpaket 5 aufgenommen ist, und ist dabei gegen einer nicht mit Druck beaufschlagte Zone abdichtet. Die (in 1 rechte) Dicht- und Führungseinheit 6 ist im Spalt zwischen Stellkolben 1 und Deckel 10 angeordnet. Wie oben erwähnt, ist auch an der (in 1 linken) vom Druckraum 11 entfernten Seite des Stellkolbens 1 eine einem zweiten Druckraum 21 zugeordnete Dicht- und Führungseinheit 6 vorgesehen, die den gleichen Aufbau wie die oben beschriebene Dichtmanschette hat.
Das Federpaket 5 begrenzend sind eine Stützscheibe 13 und eine Stützscheibe 15 verschieblich am Zapfen 7 im Druckraum 11 angeordnet. Bei Beaufschlagung des Druckraums 11 mit einem Stelldruck wird der Stellkolben1 durch eine Axialkraft F_A (gemäß der Darstellung in 1 nach links) bewegt. Die Stützscheibe 13 bleibt bei dieser Bewegung ortsfest, während die Stützscheibe 15 gegen eine Federkraft des Federpakets 5 vom Stellkolben 1 mitgenommen wird.
Bei Beaufschlagung des zweiten Druckraumes 21 mit einem Stelldruck wird der Stellkolben 1 durch eine Axialkraft entgegen der in 1 dargestellten F_A nach rechts bewegt. Die Stützscheibe 13 wird dabei vom Stellkolben 1 gegen die Federkraft des Federpakets 5 bewegt und die Stützscheibe 15 bleibt ortsfest auf dem Zapfen 7, der auch Stellstange genannt wird.
Somit kann die Verdrängereinheit gleichermaßen in beide Richtungen verstellt werden.
Ein Verstellzapfen 9 der zu verstellenden Verdrängermaschine ist, wie im eingangs genannten Stand gemäß der DE 10 2017 211 750 A1 beschrieben, im Eingriff mit einem Kulissenstein, welcher einseitig in eine Umfangsnut des Stellkolbens 1 eingreift. Durch Stelldruckbeaufschlagung wird über den Stellkolben 1 der Verstellzapfen 9 verschoben, was eine Verstellung eines Verdrängungsvolumens einer angeschlossenen, hier nicht gezeigten, hydrostatischen Verdrängermaschine bewirkt.
Die Federkraft des Federpakets 5 wirkt entgegen der bei einer Verstellung wirkenden Axialkraft, beispielsweise der Axialkraft F_A , und bringt den Stellkolben 1 zurück in seine (in 1 dargestellte) mittlere Lage, wenn kein Stelldruck anliegt.
Durch die einseitig exzentrische Position des Verstellzapfens 9 treten Querkräfte F_Q am Stellkolben 1 auf. Die beiden Dicht- und Führungseinheiten 6 tragen dazu bei, dass der Stellkolben 1 im Bereich des Hauptabschnitts 3 und im Bereich des Deckels 10 kippstabil geführt ist.
Die beiden jeweils als Dichtmanschetten ausgeführten Dicht- und Führungseinheiten 6 haben eine geringe Wandstärke und sind manschetten- oder hülsenförmig in den darauf abgestimmten Umfangsausnehmungen 8 der Außenmantelflächen 4 des Stellkolbens 1 aufgenommen. Eine detaillierte Beschreibung der Dicht- und Führungseinheiten 6, deren Lage, Funktion und Positionierung erfolgt anhand von 2.
2 zeigt das Detail A, wie es gemäß 1 definiert ist, wobei ein Ausschnitt um die (in 1 rechte) Dicht- und Führungseinheit 6 zu sehen ist. Der Deckel 10 und der Hauptabschnitt 3 des Stellzylinders 1a bilden eine Innenmantelfläche 24 aus, die die Außenmantelfläche 4 des Stellkolbens 1 umgreift. Zwischen den beiden Mantelflächen 4, 24 ist ein Spalt 12 ausgebildet. Gemäß 2 ist dieser zur Verdeutlichung übergroß dargestellt. Als Außenmantelfläche 4 wird an dieser Stelle nicht nur die den Spalt 12 begrenzende Außenseite des Stellkolbens 1 bezeichnet, sondern sie umfasst auch die Umfangsausnehmung 8, in der die Dicht- und Führungseinheit 6 angeordnet ist.
Die beiden Dicht- und Führungseinheiten 6 sind jeweils, wie vorstehend ausgeführt, durch das Aufweiten und die Kompression einer Ringscheibe manschettenförmig mit einer geringen Wandstärke ausgebildet und jeweils um die/in der Umfangsausnehmung 8 (in der 1 ist lediglich die zum Druckraum 11 benachbarte Umfangsausnehmung mit dem Bezugszeichen 8 versehen) des Stellkolbens 1 angeordnet. Diese ist jeweils entsprechend der zugeordneten Dicht- und Führungseinheit 6 ausgestaltet, indem sie in Axialrichtung zueinander beabstandet einen ersten Bereich 14 und einen zweiten Bereich 16 aufweist. Der zweite Bereich 16 weist in Axialrichtung zueinander beabstandete Umfangsvorsprünge 18a, 18b, 18c auf, die im Folgenden als Vorsprünge 18a, 18b, 18c bezeichnet werden und die sich ausgehend von einem Boden 34 der Umfangsausnehmung 8 in radialer Richtung erstrecken. Die Anzahl der Vorsprünge 18a, 18b, 18c ist dabei nicht auf die hier dargestellten drei Vorsprünge 18a, 18b, 18c begrenzt. Sowohl eine geringere, als auch eine größere Anzahl an Vorsprüngen ist denkbar.
Die Dicht- und Führungseinheit 6 kann den Vorsprüngen 18a, 18b, 18c entsprechende Umfangsausnehmungen aufweisen, die die Vorsprünge 18a, 18b, 18c abschnittsweise aufnehmen könnten. Vorzugsweise sind die Umfangsflächen der beiden Dicht- und Führungseinheiten 6 (Dichtmanschetten) flächig (glatt), ohne Ausnehmungen ausgebildet, wobei sich die Vorsprünge 18a, 18b, 18c in die Umfangswandung eindrücken, so dass sich ein radiales Eintauchen der Vorsprünge 18a, 18b, 18c in die Dicht- und Führungseinheit 6 ergibt. Eine Mischform mit Umfangsausnehmungen in der Dicht- und Führungseinheit 6, die in ihrer radialen Erstreckung kleiner sind als die Vorsprünge 18a, 18b, 18c, so dass ein Eintauchen und ein Eindrücken kombiniert wird, ist ebenfalls denkbar. Unabhängig von der Art der vorbeschriebenen Ausführungsform sind die Vorsprünge 18a, 18b, 18c mit der Dicht- und Führungseinheit 6 axial hintergreifend in Eingriff.
Die Vorsprünge 18a, 18b, 18c sind in Richtung einer aus dem Stelldruck im Druckraum 11 resultierenden Axialkraft F_A gesehen unterschiedlich groß, wobei der erste Vorsprung 18c, der von dem ersten Bereich 14 am weitesten entfernt angeordnet ist, größer ist als der zweite Vorsprung 18b, der größer ist als der kleinste Vorsprung 18a, der dem ersten Bereich 14 am nächsten angeordnet ist. Die Vorsprünge 18a, 18b, 18c sind also abgestuft, bzw. sich in Richtung der Axialkraft F_A (siehe 2) verkleinernd angeordnet. So ist die Dicht- und Führungseinheit 6 über Stirnflächenabschnitte 22, in dieser Darstellung ist nur ein Stirnflächenabschnitt des größten Vorsprungs 18c mit einem Bezugszeichen versehen, der Vorsprünge 18a, 18b, 18c gegen eine Verschiebung in Axialrichtung relativ zur Außenmantelfläche 4 des Stellkolbens 1 gesichert.
In 3 ist eine Detaildarstellung der Umfangsausnehmung 8 gezeigt. Der erste Bereich 14 jeder Umfangsausnehmung 8 des Stellkolbens 1 hat einen Führungsbereich 20, auf dem die Dicht- und Führungseinheit 6 aufliegt. Im Unterschied zu den Vorsprüngen 18a, 18b, 18c im zweiten Bereich 16 liegt kein Eingriff oder kein Hinterschneiden zwischen dem Führungsbereich 20 und der Dicht- und Führungseinheit 6 vor. Durch den flächenmäßig großen Führungsbereich 20 können Querkräfte F_Q , die über die Dicht- und Führungseinheit 6 auf den Stellkolben 1 wirken wesentlich besser aufgenommen und verteilt werden, als es durch die aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen der Fall ist.
Der Führungsbereich 20 hat eine radiale Erstreckung d, im Folgenden auch Höhe d genannt, die wesentlich geringer ist als die Axialerstreckung a, im Folgenden auch Länge a genannt. Im Bereich des Endabschnitts 26 ist ein Raum 40 ausgebildet, der einerseits durch eine Stirnfläche 36 der Umfangsausnehmung 8 und andererseits durch den Führungsbereich 20 und umfangsseitig durch den Boden 34, begrenzt ist. In einem weiteren Endabschnitt 28 ist ein entsprechender Raum 41 ausgebildet, der einerseits durch eine Stirnfläche 38, andererseits durch den Vorsprung 18c und umfangsseitig durch den Boden 34 begrenzt ist. Sowohl die Vorsprünge 18a, 18b, 18c, als aus der Führungsbereich 20 erstrecken sich in Radialrichtung aus dem Boden 34.
Die radiale Erstreckung D_a des kleinsten Vorsprungs 18a ist größer als die radiale Erstreckung d der durch den Führungsbereich 20 gebildeten Auflage und größer als die axiale Erstreckung b der Vorsprünge 18a, 18b, 18c. Die radiale Erstreckung D_c ist größer als die radiale Erstreckung D_b und diese ist größer als die radiale Erstreckung D_a. Die an den Vorsprüngen 18a, 18b, 18c ausgebildeten Stirnflächenabschnitte 22 hintergreifen axial Abschnitte der hier nicht dargestellten Dicht- und Führungseinheit 6. Diese Stirnflächenabschnitte 22 nehmen die auf die Dicht- und Führungseinheit 6 wirkenden Axialkraft F_A auf und leiten sie über die Vorsprünge 18a, 18b, 18c in die Umfangsausnehmung 8 und damit in den Stellkolben 1 ein.
Die Räume 40, 41 bilden in Verbindung mit der zugeordneten Dicht- und Führungseinheit 6 Radialspalte aus. Auch zwischen dem Führungsbereich 20 und den Vorsprüngen 18a, 18b, 18c, sowie zwischen den Vorsprüngen 18a, 18b, 18c sind Räume ausgebildet. Die Dicht- und Führungseinheit 6 liegt entsprechend gemäß 2 nicht an dem Boden 34 der Umfangsausnehmung 8 an. Die Eigenspannungen im Material der Dicht- und Führungseinheit 6 ziehen die Dicht- und Führungseinheit 6 in die im Bereich der Endabschnitte 24, 26 ausgebildeten Räume 40, 41 ein. Die Dicht- und Führungseinheit 6 bildet dann im Bereich der Endabschnitte 24, 26 jeweils eine Fase 30, 32 aus, welche die Ausbildung eines Schmierkeils bei bewegtem Stellkolben 1 unterstützen. Darüber hinaus wird durch die Beaufschlagung der Dicht- und Führungseinheit 6 mit der aus dem Stelldruck resultierten Axialkraft F_A eine radiale Verformung der Dicht- und Führungseinheit 6 bewirkt, die dichtungsverbessernde Auswirkungen hat.
Offenbart ist ein Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung mit zumindest einer Dicht- und Führungseinheit, die in einer aus zwei Bereichen bestehenden Umfangsausnehmung eines Stellkolbens eingesetzt ist und eine Verbesserung der Führung und Dichtung des Stellkolbens bewirkt. Offenbart ist des Weiteren eine Verstelleinrichtung, die mit einem derartigen Stellkolben ausgebildet ist.
Bezugszeichenliste

1a: Stellzylinder
1: Stellkolben
2: hydrostatische Verstelleinrichtung
3: Hauptabschnitt des Stellzylinders
4: Außenmantelfläche
5: Federpaket
6: Dicht- und Führungseinheit
7: Zapfen
8: Umfangsausnehmung
9: Verstellzapfen
10: Deckel des Stellzylinders
11: Druckraum
12: Spalt
13: Stützscheibe
14: erster Bereich
15: Stützscheibe
16: zweiter Bereich
17: Entlüftungsbohrung
18: Vorsprung
19: Längsachse
20: Führungsbereich
21: weiterer Druckraum
22: Stirnflächenabschnitt
24: Innenmantelfläche
26: Endabschnitt
28: Endabschnitt
30: Fase
32: Fase
34: Boden
36: Stirnfläche
38: Stirnfläche
40: Raum
41: Raum
FA: Axialkraft
FQ: Querkraft
a: Länge/ Axialerstreckung des Führungsbereichs 20
b: Länge/ Axialerstreckung des Vorsprungs
d: Höhe/ Radialerstreckung des Führungsbereichs 20
D: Höhe/ Radialerstreckung des Vorsprungs

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017211750 A1 [0004, 0033]
DE 102017219361 A1 [0005, 0027]

Claims

Stellkolben für eine hydrostatische Verstelleinrichtung (2), insbesondere zur Verstellung eines Verdrängervolumens einer hydrostatischen Verdrängermaschine mit veränderlichem Hubvolumen, mit einer Außenmantelfläche (4), die von einer Dicht- und Führungseinheit (6) im Bereich einer Umfangsausnehmung (8) umgriffen ist, die ausgelegt ist, zum einen den Stellkolben (1) in einem Stellzylinder (1a) der hydrostatischen Verstelleinrichtung (2) kippstabil, axialverschieblich zu führen, und zum anderen einen Spalt (12) zwischen der Außenmantelfläche (4) des Stellkolbens (1) und einer Innenmantelfläche (24) des Stellzylinders (1a) abzudichten, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsausnehmung (8) einen ersten Bereich (14) und einen zweiten Bereich (16) hat, wobei der zweite Bereich (16) Vorsprünge (18a, 18b, 18c) aufweist und der erste Bereich (14) einen Führungsbereich (20) für die Dicht- und Führungseinheit (6) zur Aufnahme von Querkräften hat, der eine größere Axialerstreckung als der mit Vorsprüngen (18a, 18b, 18c) versehene zweite Bereich (16) aufweist.
Stellkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsbereich (20) in axialer Ausdehnung um ein mehrfaches größer ist als die axiale Erstreckung der Vorsprünge (18a, 18b, 18c) in dem zweiten Bereich (16) der Umfangsausnehmung (8).
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- und Führungseinheit (6) einstückig gebildet ist.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18a, 18b, 18c) im zweiten Bereich (16), in Richtung der aus dem Stelldruck resultierenden Axialkraft gesehen, einen abnehmenden Durchmesser aufweisen.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18a, 18b, 18c) hintergreifend zumindest teilweise in einen Umfang der Dicht- und Führungseinheit (6) eingedrückt sind und/oder in Ausnehmungen der Dicht- und Führungseinheit eintauchen.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (18a, 18b, 18c) mit Stirnflächenabschnitten (22) auf die Dicht- und Führungseinheit (6) wirkende Axialkräfte aufnehmen und ausgelegt sind, einen Spalt zwischen der die Außenmantelfläche (4) des Stellkolbens (1) und der Innenmantelfläche (24) des Stellzylinders (1a) abzudichten.
Stellkolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Eindrücken der Vorsprünge (18a, 18b, 18c) in die Dicht- und Führungseinheit (6) mit mindestens 40% vorzugsweise höchstens 42% einer Ausgangsdicke der Dicht- und Führungseinheit (6), aber vorzugsweise höchstens 50%, vorzugsweise höchstens 55% im Bereich eines größten Vorsprungs (18c), während der Verformung unter Querkraft (F_Q) und/oder nach Verschleiss erfolgt.
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- und Führungseinheit (6) nach dem Aufbringen auf den Stellkolben (1) einen Dichtdurchmesser aufweist, der maximal 0,5% größer ist als ein Innendurchmesser des Stellzylinders (1a).
Stellkolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Endabschnitten (26, 28) der Umfangsausnehmung (8) der Durchmesser kleiner ist als derjenige der Auflage des Führungsbereichs (20).
Stellkolben nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicht- und Führungseinheit (6) mit den Endabschnitten (26, 28) der Umfangsausnehmung (8) einen Spalt ausbildet, der sich die wegen der Eigenspannungen der Dicht- und Führungseinheit (6), die zumindest teilweise in den Spalt eintaucht, verringert und so eine Fase (30, 32) ausbildet.
Verstelleinrichtung mit einem Stellkolben (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.