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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, deren Triebwelle und Zylindertrommel einteilig ausgeführt sind.
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Bei Axialkolbenmaschinen rotiert eine Triebwelle zusammen mit einer Zylindertrommel, in deren Zylinderbohrungen Kolben in axialer Richtung ein- und ausgefahren werden. Zur wechselseitigen Verbindung der Zylinderbohrungen mit Hochdruck und Niederdruck werden Mündungen der Zylinderbohrungen abwechselnd über eine kreisbogenförmige Hochdrucköffnung und über eine kreisbogenförmige Niederdrucköffnung bewegt. Somit werden die Mündungen bei einer Umdrehung der Zylindertrommel einmal mit der Hochdruckseite und einmal mit der Niederdruckseite der Axialkolbenmaschinen verbunden. Die Hochdrucköffnung und die Niederdrucköffnung sind an einer ruhenden Steuerplatte ausgebildet, auf die die Mündungen der rotierenden Zylindertrommel gepresst werden müssen, um die Leckage gering zu halten.
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Dabei ist es problematisch, den optimalen Anpressdruck der Zylindertrommel an die Steuerplatte zu realisieren. Hinzu kommt, dass die Zylinderbohrungen, die unter Hochdruck stehen, im Betrieb ihrerseits einen Anpressdruck erzeugen, der aber einerseits asymmetrisch ist und andererseits erst dann zur Verfügung steht, wenn die Zylinderbohrungen mit Hochdruck beaufschlagt sind. Daher ist bei Axialkolbenmaschinen koaxial zwischen der Triebwelle und der Zylindertrommel oft eine Anpressfeder vorgesehen, die sich an der Triebwelle abstützt und die Zylindertrommel initial an die Steuerplatte drückt.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 226 403 A1 zeigt eine sphärische Anlage zwischen der Zylindertrommel und der Steuerplatte. Damit kann die Steuerplatte - über ihre Funktion als Widerlager in axialer Richtung für die Zylindertrommel hinausgehend - auch radiale Kräfte von der Zylindertrommel aufnehmen und an das Gehäuse der Axialkolbenmaschine ableiten.
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Weiterhin ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Triebwelle mit der Zylindertrommel einteilig bzw. einstückig auszuführen, wobei dieses Bauteil im Folgenden als Zylindertrommelwelle bezeichnet wird.
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In der Druckschrift
DE 40 35 748 A1 ist eine Axialkolbenmaschine mit einer derartigen Zylindertrommelwelle gezeigt. Diese ist gemäß dem herkömmlichen Lagerkonzept beidseitig gelagert, also mit einem Festlager an der Triebwelle und mit einem Loslager am Außenumfang der Zylindertrommel oder umgekehrt. Unabhängig davon, welches Lagerkonzept gewählt wird, ist es auf Grund von Fertigungstoleranzen problematisch, den korrekten Anpressdruck der Zylindertrommel an die Steuerplatte zu realisieren, da diese Konstruktion grundsätzlich statisch überbestimmt ist. Diesbezüglich wird in der
DE 40 35 748 A1 an einer von der Zylindertrommel abgewandten Seite der Steuerplatte eine hydraulische Anpressung vorgeschlagen.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine mit einer einteiligen Zylindertrommelwelle zu schaffen bei der die Anpresskraft, mit der die Zylindertrommel axial gegen die Steuerplatte gedrückt wird, einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Die erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine hat eine Zylindertrommel und eine Triebwelle, die einteilig oder einstückig eine so genannte Zylindertrommelwelle bilden. Diese Zylindertrommelwelle ist über ihre Triebwelle triebwellenseitig über ein Lager (in einer ersten Richtung) gegen ein Gehäuse axial und radial abgestützt. Dabei ist zwischen dem Lager und dem Gehäuse eine hydraulische Stellvorrichtung für die Anpresskraft der Zylindertrommel gegen die Steuerplatte angeordnet. Damit ist die Anpresskraft, mit der die Zylindertrommel axial gegen die Steuerplatte bewegt und gedrückt wird, definiert einstellbar. Damit ist es möglich das Optimum der Anpresskraft einzustellen, bei dem einerseits die Zylindertrommel möglichst leckagefrei an die Steuerplatte gepresst wird, und andererseits möglichst wenig Reibung und Verschleiß entstehen.
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Weiterhin besteht bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Möglichkeit, auf das steuerplattenseitige zweite Lager, das bei der
DE 40 35 748 A1 am Außenumfang der Zylindertrommel vorgesehen ist, zu verzichten. Insbesondere besteht bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine die Möglichkeit, auf das Loslager, das bei einer Ausführungsform der
DE 40 35 748 A1 am Außenumfang der Zylindertrommel vorgesehen ist, zu verzichten. Dazu bildet bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine deren Zylindertrommel mit der Steuerplatte eine sphärische Anlage, über die die Zylindertrommelwelle steuerplattenseitig (in einer zweiten Richtung) gegen die Steuerplatte axial abgestützt und radial abgestützt oder abstützbar ist.
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Bei der sphärischen Anlage ist vorzugsweise die Zylindertrommel konkav und die Steuerplatte konvex gekrümmt.
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Um die erfindungsgemäße Anpresskraft vollumfänglich in die Zylindertrommel einzuleiten, wird es bevorzugt, wenn die hydraulische Stellvorrichtung einen ringförmigen Druckraum hat. Dieser wird vorzugsweise mit Hochdruck der Axialkolbenmaschine versorgt um die Anpresskraft der Zylindertrommel in Richtung zur Steuerplatte zu erzeugen.
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Besonders präzise lässt sich die Anpresskraft steuern, wenn der Anpressdruck über das Ventil steuerbar ist. Damit ist es möglich das Optimum der Anpresskraft in verschiedenen Betriebszuständen unterschiedlich einzustellen.
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Bei nicht zum Schutzbereich gehörenden Axialkolbenmaschinen mit einteiliger bzw. einstückiger Zylindertrommelwelle kann die Stellvorrichtung auch mindestens eine Tellerfeder und/oder mindestens eine Abstimmscheibe sein.
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Das triebwellenseitige Lager der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine kann ein Wälzlager (z.B. Kegelrollenlager) sein.
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Das triebwellenseitige Lager der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine kann ein Gleitlager sein, das einen ruhenden Gleitbereich und einen rotierend Gleitbereich aufweist, die wechselseitig aneinander axiale und radiale Kräfte abstützen können. Der ruhende Gleitbereich ist an einem ruhenden Gleitlagerring gebildet.
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Die beiden Gleitbereiche können konisch bzw. kegelig oder gekrümmt sein. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der gekrümmten Gleitbereiche ist der ruhende Gleitbereich im Längsschnitt betrachtet konvex gekrümmt, während der rotierende Gleitbereich im Längsschnitt betrachtet konkav gekrümmt ist.
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Wenn der rotierende Gleitbereich an einem rotierenden Gleitlagerring gebildet ist, der an (z.B. einer Stufe) der Triebwelle angeordnet ist, ist ein zweiteiliges Gleitlager gebildet.
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Wenn der rotierende Gleitbereich an der Triebwelle gebildet ist, ist das Gleitlager vorrichtungstechnisch einfach.
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Dabei kann ein in der Triebwelle ausgebildeter Kanal in den rotierenden Gleitbereich münden, über den Druckmittel zwischen die Gleitbereiche förderbar ist. Dies kann zur hydrostatischen Entlastung und/oder zur Schmierung dienen.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine mit dem Wälzlager ist der ringförmige Druckraum lagerseitig von einem Ring oder einer Buchse begrenzt, der bzw. die an einem äußeren Wälzlagerring anliegt.
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Dabei kann die Buchse am Außenumfang der Triebwelle befestigt sein und daher mit der Triebwelle rotieren und einen Flansch aufweisen, der an dem ruhenden äußeren Wälzlagerring anliegt.
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Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine mit dem Gleitlager ist der ringförmige Druckraum lagerseitig von dem ruhenden Gleitlagerring begrenzt.
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Wie bereits angesprochen kann steuerplattenseitig die gesamte radiale Abstützung der Zylindertrommelwelle nur über die sphärische Anlage erfolgen. Damit ist steuerplattenseitig kein weiteres Lager (z.B. Wälzlager) nötig. Dies ist vorrichtungstechnisch einfach. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, da Mündungen von Kolbenbohrungen, die in der sphärischen Anlage der Zylindertrommel gebildet sind, auf einem kleinen Teilkreis angeordnet werden können. Damit ist die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine schnelllauffähig.
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Die Zylindertrommelwelle kann steuerplattenseitig auch einen Wellenabschnitt aufweisen, wobei steuerplattenseitig ergänzend zu der oder statt der sphärischen Anlage ein Loslager vorgesehen ist. Das Loslager stützt die Zylindertrommelwelle nur radial ab und ist zwischen einerseits dem steuerplattenseitigen Wellenabschnitt und andererseits der Steuerplatte und/oder dem Gehäuse (z.B. einer Anschlussplatte des Gehäuses) angeordnet. Das Loslager kann ein Wälzlager sein. Durch Verwendung eines Nadelrollenlagers kann radial Bauraum gespart werden, so dass auch in diesem Fall die Mündungen der Kolbenbohrungen auf einem kleinen Teilkreis angeordnet werden können, so dass die Axialkolbenmaschine schnelllauffähig ist.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen
- 1 in einem Längsschnitt die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
- 3 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
- 4 in einem Längsschnitt einen Ausschnitt einer weiteren Axialkolbenmaschine.
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1 zeigt in einem Längsschnitt schematisiert das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. An einem Gehäuse 1 ist eine Steuerplatte 2 befestigt, gegen die eine rotierende Zylindertrommelwelle 4 (in 1 nach rechts) gespannt ist. Diese besteht im Wesentlichen aus einer Zylindertrommel 6 und einer Triebwelle 8. Die Zylindertrommel 6 und die Steuerplatte 2 haben gemeinsam eine sphärische Anlage 10. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist dazu eine Stirnfläche der Zylindertrommel 6 als konkaver Kugelabschnitt ausgebildet, während eine Stirnfläche der Steuerplatte 2 als konvexer Kugelabschnitt ausgebildet ist. Damit dient die Anlage 10 als axiale Abstützung der Zylindertrommelwelle 4 (in 1 nach rechts) und gleichzeitig auch als radiale Abstützung für die Zylindertrommelwelle 4.
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Weiterhin ist die Triebwelle 8 derart im Gehäuse 1 gelagert, dass dadurch die Zylindertrommelwelle 4 (in 1 nach links) axial und darüber hinaus auch radial abgestützt ist. Dazu ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein zweiteiliges Gleitlager vorgesehen, dass einen im Gehäuse 1 ruhenden Gleitlagering 12 und einen mit der Triebwelle 8 rotierenden Gleitlagering 14 aufweist. Beide Gleitlagerringe 12, 14 haben jeweils einen ringförmigen Gleitbereich 12a, 14a, wobei der ringförmige Gleitbereich 12a des ruhenden Gleitlagerrings 12 konvex gekrümmt ist, während der ringförmig Gleitbereich 14a des rotierenden Gleitlagerrings 14 konkav gekrümmt ist. Beide Krümmungen sind dabei im Längsschnitt betrachtet.
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Der rotierende Gleitlagerring 14 stützt sich an einem Radialbund der Triebwelle 8 ab, während der ruhende Gleitlagerring 12 entlang einem Radialbund 16 des Gehäuses 1 axial beweglich ist. Dazu hat auch der ruhende Gleitlagerring 12 einen entsprechend geformten Radialbund 18.
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Zwischen den beiden Radialbünden 16, 18 ist ein ringförmige Druckraum 20 gebildet, der bei Druckbeaufschlagung die Zylindertrommelwelle 4 über den ruhenden Gleitlagerring 12 und über den rotierenden Gleitlagerring 14 und über die Triebwelle 8 (1 nach rechts) gegen die Steuerplatte 2 drängt.
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Wenn die gezeigte Axialkolbenmaschine ein Motor ist, und wenn der Druckraum 20 mit dem Hochdruckeingang des Motors verbunden ist, dann wird die Zylindertrommel 6 mit einer definierten Anpresskraft auch beim Anlauf des Motors initial gegen die Steuerplatte 2 gedrängt. Durch geeignete Wahl der radialen Erstreckung des Druckraumes 20 kann die Anpresskraft gewählt werden und die Leckage und der Verschleiß sind minimiert. Außerdem kann die Anpresskraft durch Zwischenschalten eines geeigneten Ventils auch im Betrieb eingestellt werden.
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In grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannter Weise sind an einer Schrägscheibe 22 über eine Rückzugkugel 23 und eine Rückzugplatte und über Kolbenschuhe die Kolbenfüße von Kolben 24 geführt. Die Kolben 24 sind in Zylinderbohrungen 25 der Zylindertrommel 6 in axialer Richtung ein- und ausfahrbar, wobei die Zylinderbohrungen 25 über jeweilige Mündungen 26 abwechselnd mit den beiden nierenförmigen Anschlüssen der Steuerplatte 2 verbunden werden. Die Mündungen 26 sind vergleichsweise groß, zum Beispiel betragen ihre Durchmesser mindestens 90 % der Durchmesser der Zylinderbohrungen 25. Da sich im Innern der Mündungen 26 und im Innern der Anschlüsse der Steuerplatte keine weiteren Bauteile befinden, können diese einen geringen Radius zur Rotationsachse 28 aufweisen. Durch jedes dieser Merkmale ist die Schnelllauffähigkeit der Axialkolben erhöht.
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2 zeigt in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Insbesondere ist der Bereich des Gleitlagers und des ringförmigen Druckraumes 20 gezeigt, der (wie beim ersten Ausführungsbeispiel) zwischen einem Radialbund 16 des Gehäuses 1 und einem Radialbund 18 des ruhenden Gleitlagerrings 12 gebildet ist.
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Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel ist der ruhende Gleitbereich 12a direkt an der Triebwelle 8 gebildet, sodass der rotierende Gleitlagerring des ersten Ausführungsbeispiels entfällt.
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Weiterhin ist ein Kanal 28 gezeigt, in dem ein Ventil 30 angeordnet ist, dass über eine Regelung 32 gesteuert wird. Über das Ventil 30 kann der ringförmige Druckraum 20 geregelt mit dem Hochdruck der gezeigten Axialkolbenmaschine verbunden werden.
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Dabei mündet ein in der Triebwelle 8 ausgebildeter Kanal 13 in den rotierenden Gleitbereich 14a, über den Druckmittel zwischen die Gleitbereiche 12a, 14a förderbar ist. Dies kann zur hydrostatischen Entlastung und/oder zur Schmierung des Gleitlagers dienen.
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3 zeigt in einem Längsschnitt einen Ausschnitt des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. Statt des Gleitlagers der beiden vorhergehenden Ausführungsbeispiele ist nun ein Wälzlager 34 vorgesehen, das beim gezeigten Ausführungsbeispiel als Kegelrollenlager ausgebildet ist. Dessen äußerer ruhender Wälzlagerring wird über den Anpressdruck des Druckraums 20 in der mit Bezug zum letzten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise über das Ventil 30 (in 3 nach rechts) gespannt.
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Die Druckkammer 20 ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel gehäuseseitig über den Radialbund 16 (wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen) begrenzt.
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Triebwellenseitig hingegen ist eine spezielle Buchse 36 vorgesehen, die einen kreiszylindrischen Abschnitt und einen Flansch 38 aufweist. Der Flansch 38 liegt über eine Dichtung mit der Anpresskraft an dem ruhenden Wälzlagerring an. Der Flansch 38 ist dazu (axial betrachtet) zwischen dem Druckraum 20 und dem äußeren Wälzlagerring angeordnet.
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Der kreiszylindrische Abschnitt der Buchse 36 ist am Außenumfang der Triebwelle 8 mit einem radialen Abstand zu diesem angeordnet. Dabei liegt der kreiszylindrische Abschnitt dichtend an einem Innenumfang des Gehäuses 1 an und ist dort geführt. Der Druckraum 20 wird radial innen vom kreiszylindrischen Abschnitt der Buchse 36 und axial lagerseitig vom Flansch 38 der Buchse 36 begrenzt.
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Bei Beaufschlagung des Druckraums 20 mit Anpressdruck wird die Zylindertrommel 6 gegen die (in 3 nicht gezeigte) Steuerplatte gedrängt. Dies geschieht beim dritten Ausführungsbeispiel über den Flansch 38, das Wälzlager 34 und einen Absatz der Triebwelle 8, die - wie erläutert - einteilig mit der Zylindertrommel 6 gebildet ist.
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4 zeigt in einem Längsschnitt einen Ausschnitt einer weiteren Axialkolbenmaschine. Dabei ist steuerplattenseitig ein Loslager 40 vorgesehen, das am Außenumfang eines Wellenabschnitts 42 der Zylindertrommelwelle 4 vorgesehen ist, der sich durch die Steuerplatte 2 hindurch erstreckt. Am Außenumfang ist das Loslager 40 einerseits in der Steuerplatte 2 und andererseits in einer Anschlussplatte 1a des Gehäuses 1 aufgenommen.
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Das Loslager 40 ist ein Nadellager, sodass radial Bauraum gespart wird. Daher gesagt können auch in diesem Fall die Mündungen 26 der Zylinderbohrungen 25 den gezeigten kleinen Radius bezogen zur Rotationsachse 28 haben. Weiterhin sind die Zylinderbohrungen 25 und die Mündungen 26 durchgehend gebohrt, womit die Mündungen 26 groß sind. Dadurch ist auch diese Axialkolbenmaschine schnelllauffähig.
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Alle bis hier erläuterten Merkmale zur 4 können an einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine vorgesehen sein.
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Nicht zur Erfindung passend sind zwischen dem gehäuseseitigen Wälzlager 34 und dem Gehäuse 1 statt einer hydraulischen Anpressvorrichtung zwei Tellerfedern vorgesehen, die die Mündungen 26 der Zylindertrommelwelle 4 gegen die Steuerpatte 2 drängen.
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Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, bei der die Triebwelle und die Zylindertrommel einstückig gebildet sind. Es ist eine hydraulische Stellvorrichtung für die axiale Spannung der Zylindertrommel gegen eine Steuerplatte vorgesehen Die Zylindertrommel kann eine sphärische Anlage mit einer Steuerplatte haben. Dadurch ist eine radiale Abstützung für die Zylindertrommel und somit auch für die Triebwelle gegeben, so dass steuerplattenseitig kein extra Lager nötig ist. An einem der Steuerplatte gegenüber liegenden Endabschnitt ist die Triebwelle und damit auch die Zylindertrommel mit einem Wälzlager oder Gleitlager gelagert. Das Lager kann insoweit als Festlager bezeichnet werden, als dass es die Triebwelle und damit auch die Zylindertrommel zumindest in Richtung zu einer Gehäusewand axial abstützt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 1a
- Anschlussplatte
- 2
- Steuerplatte
- 4
- Zylindertrommelwelle
- 6
- Zylindertrommel
- 8
- Triebwelle
- 10
- Anlage
- 12
- Gleitlagerring
- 12a
- Gleitfläche
- 13
- Kanal
- 14
- Gleitlagerring
- 14a
- Gleitfläche
- 16
- Radialbund
- 18
- Radialbund
- 20
- Druckraum
- 22
- Schrägscheibe
- 23
- Rückzugkugel
- 24
- Kolben
- 25
- Zylinderbohrung
- 26
- Mündung
- 28
- Rotationsachse
- 30
- Ventil
- 32
- Regelung
- 34
- Wälzlager
- 36
- Buchse
- 38
- Flansch
- 40
- weiteres Wälzlager
- 42
- Wellenabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015226403 A1 [0004]
- DE 4035748 A1 [0006, 0011]
