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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf hydraulische Axialkolbenmaschinen und kann im Bereich des Maschinenbaus, insbesondere im Bereich der hydromechanischen Geräte, angewendet werden
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Axialkolbenmaschinen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Sie können beispielsweise als Axialkolbenmotoren oder Axialkolbenpumpen eingesetzt werden. Sowohl Axialkolbenmotoren als auch Axialkolbenpumpen arbeiten nach dem gleichen Prinzip, jedoch in umgekehrter Funktionsweise. Die vorliegende Offenbarung beschreibt in erster Linie Axialkolbenpumpen. Es versteht sich jedoch, dass das hier beschriebene Arbeitsprinzip auch bei Axialkolbenmotoren angewendet werden kann.
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US3682044 bezieht sich auf eine hydraulische Axialkolbenpumpe, die ein Gehäuse und einen im Gehäuse rotierenden Block aufweist, wobei der rotierende Block von einem Pumpenantrieb über eine Welle angetrieben wird. In ähnlicher Weise ist bei einem Hydraulikmotor der rotierende Block mit einer Welle verbunden und wird durch ein Hochdruckfluid über eine Mehrzahl von Kolben angetrieben.
US3682044 offenbart darüber hinaus ein hydrostatisches Lager oder eine Halterung für eine Kippplatte, die als Schluckvolumeneinstellplatte für die Kolben dient. Nach
US3682044 kann ein solches „kissenartiges“ Lager beispielsweise die auf die Kolben wirkenden Kräfte ausgleichen und die Geräuschentwicklung verringern.
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In der Regel ist der Zylinderblock oder Drehblock einer Axialkolbenmaschine relativ zu einer feststehenden Ventilplatte drehbar gelagert. Das von der Pumpe umgewälzte Fluid strömt dann durch verschiedene Abschnitte oder Öffnungen der stationären Ventilplatte. Die Ventilplatte hat in der Regel einen Einlass- und eine Auslassanschluss für die Fluid.
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Typischerweise ragen mehrere axiale Pumpkolben aus dem der Ventilplatte gegenüberliegenden Ende des Zylinderblocks heraus. Die Enden der Kolben liegen gleitend an einer Schluckvolumeneinstellplatte an. Die Schluckvolumeneinstellplatte oder Taumelscheibe. Wenn die Schluckvolumeneinstellplatte senkrecht zur Drehachse ausgerichtet ist, bewegen sich die Kolben bei der Drehung des Zylinderblocks nicht in axialer Richtung. Jede Neigung der Schluckvolumeneinstellplatte in Bezug auf die axiale Richtung bewirkt jedoch, dass sich die Kolben bei Drehung des Zylinderblocks in axialer Richtung hin- und herbewegen, so dass die Kolben eine Pumpwirkung entfalten können. Auf diese Weise steuert die Ventilplatte den Zu- und Abstrom des Betriebsfluids. Der Winkel zwischen einer Senkrechten auf die Ebene der Schluckvolumeneinstellplatte und der Drehachse bestimmt die axiale Verschiebung der Kolben bei der Drehung des Zylinderblocks und die von der Pumpe bei jeder Umdrehung geförderte Fluidmenge. Der Winkel der Schluckvolumeneinstellplatte kann durch Schwenken der Platte verändert werden. Auf diese Weise kann die von der Pumpe gelieferte Leistung gesteuert werden.
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Beim Pumpvorgang einer Axialkolbenpumpe und bei der Bewegung eines Axialkolbenmotors sind die Kräfte, die über die Schluckvolumeneinstellplatte auf die Kolben wirken, typischerweise anders als die Kräfte, die über die Kolben auf die Schluckvolumeneinstellplatte wirken. Bei einer Axialkolbenpumpe beispielsweise sind die Kräfte, die auf die Kolben auf der Druckseite der Schluckvolumeneinstellplatte wirken, wo die Kolben das Betriebsfluid aus den Zylindern herausdrücken, in der Regel viel größer als die Kräfte, die auf die Kolben auf der Saugseite der Schluckvolumeneinstellplatte wirken, wo die Kolben das Betriebsfluid in die Zylinder saugen. In ähnlicher Weise wirken bei einem Axialkolbenmotor unterschiedliche Kräfte auf die Fluidzufuhrseite und auf die Fluidabfuhrseite der Schluckvolumeneinstellplatte.
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US3682044A bezieht sich auf eine Axialkolbenpumpe mit einer Schluckvolumeneinstellplatte. Eine hydrostatische Lagerung der Schluckvolumeneinstellplatte wirkt als Geräuschdämpfer und gleicht die auf die Schluckvolumeneinstellplatte wirkenden Kräfte aus.
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US6186748B1 betrifft eine Axialkolbenpumpe mit mehreren Kolben, die sich mit einem Zylinderblock und einer Ventilplatte zur Steuerung des Fluidstroms aus den rotierenden und hin- und hergehenden Kolben drehen.
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US 6406271B1 betrifft eine Axialkolbenpumpe mit einer rotierenden Zylindertrommel, bei der die Hin- und Herbewegung durch eine geneigte Schluckvolumeneinstellplatte erzeugt wird und bei der eine Ventilplatte den Durchfluss von Hydraulikfluid zu und von den Kolben steuert und so ausgelegt ist, dass sie Druckverluste der Hydraulikfluid verringert.
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In Bezug auf Axialkolbenmaschinen ist die Verwendung unterschiedlicher hydrostatischer Lagerungen für die beiden Seiten einer Schluckvolumeneinstellplatte allgemein bekannt. In diesem Zusammenhang kann der Begriff hydrostatische Lagerung beispielsweise eine gleitende hydrostatische Lagerung oder ein Gleitlager umfassen.
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Bei einer Axialkolbenpumpe muss die Lagerung auf der Hochdruck-/Druckseite der Schluckvolumeneinstellplatte eine viel größere Kraft aushalten als die Lagerung auf der Niederdruck-/Saugseite der Schluckvolumeneinstellplatte. Das heißt, bei einer Axialkolbenpumpe bezieht sich der Begriff Hochdruckseite oder Kompressionsseite der Schluckvolumeneinstellplatte auf die Seite der Platte, auf der sich die Kolben bewegen, um das Zylindervolumen zu verringern und dadurch Betriebsfluid aus dem Zylinder oder den Zylindern zu drücken, und der Begriff Niederdruckseite oder Saugseite der Schluckvolumeneinstellplatte bezieht sich auf die Seite der Platte, auf der sich die Kolben bewegen, um das Zylindervolumen zu vergrößern und dadurch Betriebsfluid in den Zylinder oder die Zylinder zu saugen. Bei einem Axialkolbenmotor hingegen bezieht sich der Begriff Hochdruckseite oder Kompressionsseite der Schluckvolumeneinstellplatte auf die Seite der Platte, auf der ein von außen angelegter Druck Fluid in den Zylinder drückt und dadurch die Kolben zur Vergrößerung des Zylindervolumens antreibt, und der Begriff Niederdruckseite bezieht sich auf die Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, auf der die Kolben zur Verkleinerung des Zylindervolumens angetrieben werden und dadurch Fluid aus dem Zylinder verdrängen. In der vorliegenden Offenbarung können sich die beiden Seiten der Schluckvolumeneinstellplatte auf zwei Teile der Platte beziehen, beispielsweise auf zwei Hälften der Platte. Beispielsweise können die beiden Hälften der Platte zusammen einen kreisförmigen Körperteil der Platte bilden, auf dem Buchsen oder Halterungen, mit denen die Kolben verbunden sind, bei der Drehung des Zylinderblocks gleiten können.
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Bei einer Maschine, die sich nur in eine Richtung dreht, kann eine kleinere hydrostatische Lagerung auf der Niederdruckseite der Platte verwendet werden, wodurch Hydraulikfluid eingespart und der Aufwand für die Zufuhr großer Mengen von Hochdruckfluid zu allen Stützen der Schluckvolumeneinstellplatte verringert werden kann.
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Eine solche Lösung ist jedoch nicht für bidirektionale Axialkolbenmaschinen geeignet, die sich in beide Drehrichtungen drehen können. Denn bei bidirektionalen Axialkolbenmaschinen muss je nach Drehrichtung jede der Abstützungen auf beiden Seiten der Maschine hohe Kräfte aushalten. Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein System hydrostatischer Lager bzw. Auflager für eine bidirektionale Axialkolbenmaschine vorzusehen, das mit einer reduzierten Menge an Hydraulikfluid betrieben werden kann.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein hydrostatisches Ausgleichssystem der Auflager der Schluckvolumeneinstellplatte zu entwickeln, das die Verdrängungsveränderung in Axialkolbenpumpen und in Axialkolbenmotoren mit unidirektionalem Betrieb sowie in Maschinen mit bidirektionalem Betrieb mit einer optimierten Menge an Druckfluid für hydrostatische Auflager oder Lager verwaltet.
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So weist die vorgeschlagene Axialkolbenmaschine, insbesondere eine Pumpe oder ein Motor, eine schwenkbare Schluckvolumeneinstellplatte auf, die auf einer ersten Seite von einer ersten hydrostatischen Lageranordnung und auf einer zweiten Seite von einer zweiten hydrostatischen Lageranordnung getragen wird, wobei eine oder beide der hydrostatischen Lageranordnungen ein großflächiges Auflager und ein kleinflächiges Auflager aufweisen, die fluidisch voneinander getrennt werden können.
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Die schwenkbare Schluckvolumeneinstellplatte ist in der Regel um eine Schwenkachse schwenkbar und verfügt über ein Lagersystem mit mindestens zwei Lageranordnungen, die sich an verschiedenen Punkten auf oder in der Nähe der Schwenkachse befinden können, zum Beispiel an beiden Enden der Platte in der Nähe der Schwenkachse. In der Regel umfasst jede Lageranordnung eine oder mehrere gekrümmte oder bogenförmige oder halbkreisförmige oder zylindrische Auflagefläche. Jede der Auflageflächen der Schluckvolumeneinstellplatte kann auf einem festen Trägerelement gleiten, das einen entsprechend geformten Bereich zur Aufnahme der Auflagefläche der Schluckvolumeneinstellplatte aufweisen kann. In jeder der Auflageflächen der hydrostatischen Lageranordnungen kann ein unter Druck stehender Fluidfilm vorgesehen sein, der die Reibung zwischen der Schluckvolumeneinstellplatte und dem festen Trägerelement verringert.
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Die maximale Kraft, die von jeder hydrostatischen Lageranordnung ausgeglichen werden kann, hängt vom Fluiddruck und von der Größe der Auflagefläche ab. Indem für jeden Betriebszustand, beispielsweise für jede Drehrichtung der Maschine, kleine und große Auflageflächen kombiniert werden und indem die kleinen und großen Auflageflächen auf derselben Seite der Schluckvolumeneinstellplatte mit unterschiedlichen Fluiddrücken oder mit demselben Fluiddruck versehen werden, können die auf die hydrostatischen Lager wirkenden Gesamtkräfte ausgeglichen oder mit einer reduzierten Fluidmenge in den hydrostatischen Lagern bewältigt werden. Es versteht sich, dass eine Auflagefläche des großflächigen Auflagers oder jedes der großflächigen Auflager der Maschine größer sein kann als eine Auflagefläche des kleinflächigen Auflagers oder jedes der kleinflächigen Auflager der Maschine. Folglich kann das großflächige Auflager oder jedes der großflächigen Auflager bei gleichem Fluiddruck größere Kräfte ausgleichen als das kleinflächige Auflager oder jedes der kleinflächigen Auflager.
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Beide hydrostatischen Lageranordnungen können mindestens ein großflächiges Auflager umfassen. Und je nach Drehrichtung der Maschine kann in jeder der hydrostatischen Lageranordnungen ein großflächiges Auflager einer der hydrostatischen Lageranordnungen mit einem Hochdruck-Fluidanschluss verbunden sein, während das entsprechende großflächige Auflager der anderen Lageranordnung mit einem Niederdruck-Fluidanschluss verbunden sein kann. Wenn auf einer Seite ein kleinflächiges Auflager vorhanden ist, kann dieses kleinflächige Auflager entweder mit dem großflächigen Auflager auf der anderen Seite oder mit einem Hochdruck-Fluidanschluss verbunden sein.
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Insbesondere können die beiden hydrostatischen Lageranordnungen der Maschine ein großflächiges Auflager und ein kleinflächiges Auflager umfassen. Das großflächige Auflager der ersten hydrostatischen Lageranordnung kann dann mit dem kleinflächigen Auflager der zweiten hydrostatischen Lageranordnung in Fluidverbindung gebracht werden. Die Begriffe erste und zweite Seite der Schluckvolumeneinstellplatte sind in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass entlang der durch die Schluckvolumeneinstellplatte definierten Schwenkachse, insbesondere durch die gekrümmten Auflagebereiche bzw. -flächen der Schluckvolumeneinstellplatte, die erste und die zweite Seite der Schluckvolumeneinstellplatte auf gegenüberliegenden Seiten oder an oder nahe von gegenüberliegenden Enden der Schluckvolumeneinstellplatte angeordnet sind. Bei dieser Ausführung kann die Verwendung von hydrostatischem Fluid zumindest in einer Drehrichtung der Maschine reduziert werden, indem das großflächige Auflager auf der Seite, auf der die auf die Schluckvolumeneinstellplatte wirkenden Kräfte größer sind, mit Hochdruckfluid und das kleinflächige Auflager auf der gegenüberliegenden Seite mit demselben Fluiddruck versehen wird. Darüber hinaus kann das großflächige Auflager der zweiten hydrostatischen Lageranordnung mit dem kleinflächigen Auflager der ersten hydrostatischen Lageranordnung fluidisch verbunden sein.
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Bei dieser Ausführung kann in jeder der beiden Drehrichtungen der Maschine das großflächige Auflager auf der Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, das höheren Kräften standhalten muss, wie auf der ersten Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, und das kleinflächige Auflager auf der anderen Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, das mit ihm verbunden ist, mit einem Hochdruckfluid versorgt werden, beispielweise kann es mit einem Hochdruck-Fluidanschluss verbunden sein. Gleichzeitig kann das großflächige Auflager auf der Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, das kleineren Kräften standhalten muss, wie auf der zweiten Seite der Schluckvolumeneinstellplatte, und das damit verbundene kleinflächige Auflager auf der anderen Seite der Schluckvolumeneinstellplatte mit einem Niederdruckfluid versorgt werden, beispielsweise kann es an einen Niederdruck-Fluidanschluss angeschlossen werden. Es versteht sich, dass der Fluiddruck an dem Hochdruck-Fluidanschluss größer ist als der Fluiddruck an dem Niederdruck-Fluidanschluss. Wenn die Drehrichtung umgekehrt wird, können die Fluidverbindungen der großflächigen Auflager mit dem Hochdruck-Fluidanschluss bzw. Niederdruck-Fluidanschluss umgekehrt werden. Bei einer Axialkolbenpumpe kann der Niederdruckanschluss beispielsweise der Sauganschluss und der Hochdruckanschluss der Zufuhranschluss sein. Im Gegensatz dazu kann bei einem Axialkolbenmotor der Niederdruckanschluss der Fluidabgabeanschluss sein, durch den das Fluid aus dem Motor abgelassen wird, und der Hochdruckanschluss kann der Zuführungsanschluss sein, durch den das Hochdruckfluid, das den Motor antreibt, in den Motor eingespeist wird.
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In einer Ausführung der gegenwärtig vorgeschlagenen Maschine werden die erste Seite und die zweite Seite der Schluckvolumeneinstellplatte jeweils durch eine erste hydrostatische Lageranordnung und durch eine zweite hydrostatische Lageranordnung gelagert, wobei beide hydrostatischen Lageranordnungen ein großflächiges Auflager und ein kleinflächiges Auflager umfassen, wobei jedes der großflächigen Auflager mit einem Fluidanschluss der Maschine in einer solchen Weise fluidisch verbunden ist, dass bei einer gegebenen Drehrichtung der Maschine das großflächige Auflager der hydrostatischen Lageranordnung auf der Seite, auf der die höheren Kolbenkräfte auf die Schluckvolumeneinstellplatte wirken, mit einem Hochdruck-Fluidanschluss der Maschine verbunden ist, während das großflächige Auflager der anderen hydrostatischen Lageranordnung mit einem Niederdruck-Fluidanschluss der Maschine fluidisch verbunden ist.
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In einer Ausführung der hier vorgeschlagenen Maschine können die kleinflächigen Auflager der ersten und zweiten hydrostatischen Lageranordnung jeweils über ein erstes Einwegventil mit einem Hochdruck-Fluidanschluss der Maschine und über ein zweites Einwegventil mit einem Niederdruck-Fluidanschluss der Maschine verbunden sein, wobei die Einwegventile so beschaffen sind, dass jedes der kleinflächigen Auflager immer mit dem Fluidanschluss mit dem höheren Druck verbunden ist. Auch hier gilt, dass der Fluiddruck an dem Hochdruck-Fluidanschluss der Maschine größer ist als der Fluiddruck an dem Niederdruck-Fluidanschluss der Maschine.
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Handelt es sich bei der vorgeschlagenen Axialkolbenmaschine um eine Axialkolbenpumpe, so kann der Hochdruck-Fluidanschluss mit dem Fluidzuführungsanschluss der Pumpe identisch sein oder mit diesem verbunden werden, und der Niederdruck-Fluidanschluss kann mit dem Sauganschluss der Pumpe identisch sein oder mit diesem verbunden werden. Wenn die vorgeschlagene Axialkolbenmaschine ein Axialkolbenmotor ist, kann der Hochdruck-Fluidanschluss mit der Fluiddruckleitung, die dem Motor Fluid zuführt, identisch sein oder mit ihr verbunden sein, und der Niederdruck-Fluidanschluss kann mit dem Fluiddruckanschluss, der die Fluid vom Motor wegführt, identisch sein oder mit ihm verbunden sein.
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Bei den oben beschriebenen Axialkolbenmaschinen kann weiterhin vorgesehen sein, dass mindestens eine hydrostatische Lageranordnung auf einer Seite der schwenkbaren Schluckvolumeneinstellplatte ein großflächiges Auflager in Form eines Ringes und ein kleinflächiges Auflager, das sich innerhalb des Ringes befindet, umfasst.
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Beispielhafte Ausführungsformen der hier vorgeschlagenen Axialkolbenmaschine werden in der folgenden detaillierten Beschreibung erläutert und sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt, in der:
- 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs mit einer schwenkbaren Schluckvolumeneinstellplatte;
- 2 zeigt schematisch ein Detail einer Schluckvolumeneinstellplatte für eine Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, wobei die Schluckvolumeneinstellplatte großflächige hydrostatische Auflager und kleinflächige hydrostatische Auflager auf beiden Seiten der Platte aufweist;
- 3 zeigt schematisch die fluidischen Verbindungen der Auflageflächen der Schluckvolumeneinstellplatte von 2;
- 4 zeigt schematisch eine Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs mit der Schluckvolumeneinstellplatte der 2 und 3 und Fluidverbindungen zwischen hydrostatischen Lageranordnungen der Platte und Fluidanschlüssen der Maschine;
- 5 zeigt schematisch eine 3-dimensionale Ansicht der Axialkolbenmaschine aus 1 in einer transparenten Darstellung;
- 6 zeigt schematisch Details einer Schluckvolumeneinstellplatte für eine Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit Fluidverbindungen zwischen Auflageflächen der Platte und Fluidanschlüssen der Maschine, wenn sich die Maschine in einer ersten Drehrichtung dreht;
- 7 zeigt schematisch Details der Schluckvolumeneinstellplatte der 6 mit Fluidverbindungen zwischen Auflageflächen der Platte und Fluidanschlüssen der Maschine, wenn sich die Maschine in einer zweiten Drehrichtung dreht;
- 8 zeigt schematisch eine Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs mit der Schluckvolumeneinstellplatte der 6 und 7 und Fluidverbindungen zwischen hydrostatischen Lageranordnungen der Platte und Fluidanschlüssen der Maschine; und
- 9 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine des hier vorgeschlagenen Typs, bei der Fluidverbindungen zwischen Fluidanschlüssen der Maschine und den hydrostatischen Lagern der Schluckvolumeneinstellplatte durch ein Gehäuse der Maschine verlaufen.
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1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Axialkolbenmaschine 100 des hier vorgeschlagenen Typs, wie eine Axialkolbenpumpe, insbesondere eine bidirektionale Axialkolbenpumpe. Eine Schluckvolumeneinstellplatte 1 der Maschine 100 hat zwei quer ausgerichtete Auflager in der Querschnittsform eines Halbkreises (in 1 nicht dargestellt). Eine Schluckvolumeneinstellplatte des hier vorgeschlagenen Typs mit solchen Auflagern ist in 2 dargestellt. Hier und überall in den folgenden Ausführungen sind wiederkehrende Merkmale, die in verschiedenen Figuren abgebildet sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die beiden Lageranordnungen 4, 6 und 5, 7 an den beiden Seiten der Schluckvolumeneinstellplatte 1 (links und rechts in 2) definieren oder bestimmen eine Schenkachse 2 der Platte 1. Der Schwenkwinkel der Platte 1 bestimmt die Veränderung des Hubs der Kolben 3 und damit des Fördervolumens jedes einzelnen Kolbens und damit die Pumpleistung. Wie in 2 zu sehen ist, sind in den zylindrischen oder bogenförmigen Auflageflächen der Schluckvolumeneinstellplatte 1 Vertiefungen eingearbeitet. Diese Vertiefungen können mit einer unter Druck stehenden Fluid wie Öl gefüllt werden. Das Fluid kann zwischen den Auflageflächen der Schluckvolumeneinstellplatte 1 und den entsprechenden Gegenflächen eines Trägerelements (nicht dargestellt) zirkulieren, das beispielweise fest mit einem Gehäuse der Maschine 100 verbunden sein kann. Die Auflageflächen der Schluckvolumeneinstellplatte 1 und die Gegenflächen des Trägerelements bilden zusammen hydrostatische Lager oder hydrostatische Lageranordnungen, die für die Schmierung der Auflageflächen sorgen und die Reibung zwischen den Auflageflächen und den entsprechenden Gegenflächen des Trägerelements verringern.
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2 zeigt eine neuartige Schluckvolumeneinstellplatte 1, bei der die beiden hydrostatischen Lageranordnungen 4, 6 und 5, 7, die auf gegenüberliegenden Seiten der Platte 1 entlang der Schwenkachse 2 angeordnet sind, ein erstes, kleinflächiges Auflager 6, 7 und ein zweites, großflächiges Auflager 4, 5 umfassen. In 2 sind insbesondere zwei ovale oder ringförmige großflächige Auflager 4, 5 an den beiden Seiten 24, 25 der Platte 1 und zwei kleinflächige Auflager 6, 7 dargestellt. Dabei sind die kleinflächigen Auflager 6, 7 im Inneren der ringförmigen großflächigen Auflager 4, 5 angeordnet oder platziert. Die kleinflächigen Auflager 6, 7 decken jeweils eine kleinere Fläche ab als die großflächigen Auflager 4, 5. Jedes der Lager bzw. Auflager 4, 5, 6, 7 umfasst eine oder mehrere Vertiefungen, die fluidmäßig mit Kanälen verbunden sind, die ausgebildet sind, den Lagern bzw. Auflagern 4, 5, 6, 7 ein Fluid wie Öl zuzuführen.
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In dem Ausführungsbeispiel der 2 kann jedes der kleinflächigen Auflager 6, 7 auf jeder der beiden Seiten 24, 25 der Platte 1 von dem großflächigen Auflager 4, 5 auf derselben Seite der Platte 1 fluidmäßig getrennt werden oder trennbar sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können klein- und großflächige Auflager auf derselben Seite der Platte 1 unter bestimmten Bedingungen fluidisch miteinander verbunden oder verbindbar sein, beispielsweise durch fluidisches Verbinden beider mit einem Hochdruckanschluss der Maschine.
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Auf diese Weise können auf einer oder beiden Seiten 24, 25 der Platte 1 zwei Auflager mit einem Hoch- oder Niederdruckfluid versehen werden, deren Wirkung je nach dem aktuellen Betriebszustand, beispielsweise auf der Grundlage der Werte der von den Drehkolben auf jede der Seiten 24, 25 der Platte 1 ausgeübten Kräfte, addiert werden kann oder nicht. Diese Kräfte sind in der Regel abhängig vom Schwenkwinkel der Platte 1 gegenüber der Schwenkachse 2, von der Drehzahl der Pumpe und von der Drehrichtung. Daher ist es zweckmäßig, dass je nach Drehrichtung der Pumpe jedes der Auflager auf beiden Seiten 24, 25 der Platte 1 wahlweise mit einem Hochdruck-Fluidanschluss oder mit einem Niederdruck-Fluidanschluss der Pumpe fluidisch verbunden werden kann. Beispielsweise kann der Hochdruck-Fluidanschluss mit dem Fluidzuführungsanschluss der Pumpe und der Niederdruck-Fluidanschluss mit dem Ansauganschluss der Pumpe verbindbar oder verbunden sein. Diese Lösung ermöglicht es, einen ersten Fluidanschluss 11 der Maschine mit einem ersten Auflager zu verbinden und einen zweiten Fluidanschluss 12 der Maschine mit einem zweiten Auflager zu verbinden, um das großflächige Auflager auf der Seite der unter Druck stehenden Kolben und das kleinflächige Auflager auf der Seite, auf der sich die Kolben in einer Saugfunktion befinden, auszuwählen, so dass immer das richtige Auflager unter Druck gesetzt wird, das die Kräfte der Kolben ausgleicht.
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1 zeigt, dass Hydraulikfluid/Öl über einen ersten Fluidanschluss 11 an der Oberseite der Maschine 100, beispielsweise über einen stationären Einstellkolben 8 und über ein an der Schluckvolumeneinstellplatte 1 angelenktes Gelenk 10, zu einem oder mehreren Flächenauflager auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Schluckvolumeneinstellplatte 1 geleitet werden kann. Und Hydraulikfluid/Öl kann über einen zweiten Fluidanschluss 12 der Maschine 100 und über einen stationären Einstellkolben 9 zu einem oder mehreren Flächenauflagern auf der anderen Seite oder auf beiden Seiten der Schluckvolumeneinstellplatte 1 geleitet werden. Abhängig von der aktuellen Betriebsweise und der Drehrichtung der Maschine 100 kann jeder der ersten und zweiten Fluidanschlüsse 11, 12 der Maschine 100 ein Hochdruckanschluss oder ein Niederdruckanschluss sein. Folglich können die großflächigen und kleinflächigen Auflager auf ausgewählten Seiten der Schluckvolumeneinstellplatte 1 selektiv mit Hoch- und Niederdruckfluid versorgt werden.
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Das in den 2, 3, 4 und 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der Maschine 100 ermöglicht es, den ersten Fluidanschluss 11 über Fluidkanäle 13, 14, 15, die sich durch die Platte 1 hindurch erstrecken, mit dem kleinflächigen Auflager 7 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 und mit dem großflächigen Auflager 4 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 zu verbinden, und den zweiten Fluidanschluss 12 über Fluidkanäle 16, 17, 18, die sich durch die Platte 1 hindurch erstrecken, mit dem großflächigen Auflager 5 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 und mit dem kleinflächigen Auflager 6 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 zu verbinden. Auf diese Weise kann das großflächige Auflager auf der Seite der Platte 1, die größeren Kräften standhalten muss, und das kleinflächige Auflager auf der Seite der Platte 1, die geringeren Kräften ausgesetzt ist, jederzeit mit dem einen der Fluidanschlüsse 11, 12 unter hohem Fluiddruck verbunden werden. Wie in den 2 und 3 dargestellt, kann beispielsweise Hochdruckfluid aus dem ersten Fluidanschluss 11 zu dem großflächigen Auflager 4 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 und zu dem kleinflächigen Auflager 7 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 geleitet werden, beispielsweise über den in 1 dargestellten stationären Einstellkolben 8 und das Gelenk 10 sowie über die Kanäle 13, 14, 15. Gleichzeitig kann Niederdruckfluid aus dem zweiten Fluidanschluss 12 an das großflächige Auflager 5 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 und an das kleinflächige Auflager 6 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 abgegeben werden, zum Beispiel über den in 1 dargestellten stationären Einstellkolben 9 und über die Kanäle 16, 17, 18.
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Wie in 1 dargestellt, kann die Axialkolbenmaschine 100 eine Steuerkammer 70 und einen Steuerkolben 19 umfassen, der in der Steuerkammer 70 aufgenommen oder zumindest teilweise aufgenommen ist. Der Steuerkolben 19 kann parallel zur Drehachse der Maschine bewegt werden, indem ein hydrostatischer Druck in der Steuerkammer 70 verändert wird, wodurch die Schluckvolumeneinstellplatte 1 betätigt und ein Schwenk- oder Neigungswinkel der Platte 1 in Bezug auf die Drehachse 2 über den Einstellkolben 9 verändert wird. Bei der in 1 dargestellten Maschine 100 weist der Steuerkolben 19 eine Aussparung oder Vertiefung 60 auf, die in einer Fläche des Steuerkolbens 19 ausgebildet ist und sich parallel zur Drehachse der Maschine erstreckt. Die Aussparung oder Vertiefung 60 kann beispielsweise ringförmig sein. Die Aussparung oder Vertiefung 60 kann eine Kammer, wie eine ringförmige Kammer, zwischen dem Steuerkolben 19 und einem Teil eines Gehäuses oder einer Verkleidung der Maschine 100 bilden. Der zweite Fluidanschluss 12 kann über die in der Fläche des Steuerkolbens 19 ausgebildete Ausnehmung oder Vertiefung 60, über einen Kanal 61, der sich durch den Steuerkolben 19 hindurch erstreckt und in der Ausnehmung oder Vertiefung 60 endet, und über einen Kanal 61, der sich durch den Einstellkolben 9 hindurch erstreckt, mit einem oder mehreren der Flächenauflager 4, 5, 6, 7 der Platte 1 verbunden oder verbindbar sein. Der feststehende Einstellkolben 9 und der Steuerkolben 19 können durch ein Kugelgelenk 20 verbunden sein, das mit einer Gewinderingmutter 21 und einem Dichtring, beispielweise aus PTFE oder Bronze, gesichert werden kann. Diese Lösung ermöglicht es, den Austritt von Öl unter Druck und die eventuelle Ablösung des Einstellkolbens 9 vom Steuerkolben 19 während der Phasen der Hubraumveränderung zu verringern.
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4 zeigt schematisch eine Darstellung der Maschine 100 aus 1 mit einer Welle 22, die fest mit einer Trommel oder einem Zylinderblock 23 verbunden ist, in dem die Axialkolben 3 ausgebildet sind, sich hin und her zu bewegen, wenn die Trommel oder der Zylinderblock 23 um eine durch die Welle 22 definierte Drehachse rotiert. Fluidkanäle 13, 14, 15 verbinden fluidisch das großflächige Auflager 4 auf der zweiten Seite 25 der Schluckvolumeneinstellplatte 1 und das kleinflächige Auflager 7 auf der ersten Seite 24 der Schluckvolumeneinstellplatte 1 miteinander und mit dem ersten Fluidanschluss 11. Und Fluidkanäle 16, 17, 18 verbinden fluidisch das großflächige Auflager 5 auf der ersten Seite 24 der Schluckvolumeneinstellplatte 1 und das kleinflächige Auflager 6 auf der zweiten Seite 25 der Schluckvolumeneinstellplatte 1 miteinander und mit dem zweiten Fluidanschluss 12.
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Je nach Drehrichtung der Maschine 100 kann der hohe Fluiddruck selektiv entweder auf das großflächige Auflager 5 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 oder auf das großflächige Auflager 4 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 aufgebracht werden. In 4 zeigt die geneigte Fläche auf der dem Zylinderblock 23 zugewandten Seite der Platte 1 schematisch die Richtung an, in der die Kolben das Zylindervolumen zusammendrücken und in der die auf die Platte 1 ausgeübten Kräfte zunehmen, was zur Abgabe von Hochdruckfluid an das großflächige Auflager 5 auf der ersten Seite 24 der Platte 1 und an das kleinflächige Auflager 6 auf der zweiten Seite 25 der Platte 1 führt.
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In den 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schluckvolumeneinstellplatte 1 mit zwei Einwegventilen 26, 27 dargestellt, und 8 zeigt eine schematische Darstellung einer Axialkolbenmaschine 200 mit der Schluckvolumeneinstellplatte 1 der 6 und 7. Die Ventile 26, 27 ermöglichen die Zufuhr von Hochdruckfluid zu einem großflächigen Auflager auf einer Seite der Schluckvolumeneinstellplatte 1, um den starken Kräften entgegenzuwirken, die von den Kolben auf dieser Seite der Platte 1 ausgeübt werden, und gleichzeitig ermöglichen die Ventile 26, 27 die Zufuhr von Hochdruckfluid zu dem kleinflächigen Auflager auf derselben Seite und zu dem kleinflächigen Auflager auf der anderen Seite der Platte 1, während das großflächige Auflager auf der anderen Seite nur mit einer Niederdruckfluid versorgt wird. In den 6 und 7 bezeichnen die Pfeile 26a und 27a die Richtungen, in denen Fluid durch die Einwegventile 26, 27 fließen kann.
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Die Platte 1 gemäß 6 enthält einen Fluidkanal 28, der den ersten Fluidanschluss 11 mit dem großflächigen Auflager 4 fluidisch verbindet, und einen Fluidkanal 29, der den ersten Fluidanschluss 11 über das Einwegventil 26 selektiv mit dem kleinflächigen Auflager 7 fluidisch verbindet. Das Einwegventil 26 ist so eingerichtet, dass Fluid durch das Einwegventil 26 von dem ersten Fluidanschluss 11 der Maschine 200 zu dem kleinflächigen Auflager 7 fließen kann und ein Fluidstrom durch das Einwegventil 26 von dem kleinflächigen Auflager 7 zu dem ersten Fluidanschluss 11 blockiert wird. Die Platte 1 gemäß 6 umfasst ferner einen Fluidkanal 32, der den zweiten Fluidanschluss 12 der Maschine 200 mit dem großflächigen Auflager 5 fluidisch verbindet, und einen Fluidkanal 31, der den zweiten Fluidanschluss 12 über das Einwegventil 27 selektiv fluidisch mit dem kleinflächigen Auflager 6 verbindet. Das Einwegventil 27 ist so eingerichtet, dass Fluid durch das Einwegventil 27 von dem zweiten Fluidanschluss 12 zu dem kleinflächigen Auflager 6 fließen kann und ein Fluidstrom durch das Einwegventil 27 von dem kleinflächigen Auflager 6 zu dem zweiten Fluidanschluss 12 blockiert wird. Die Platte 1 gemäß 6 enthält ferner einen Fluidkanal 30, der die kleinflächigen Auflager 4 und 7 auf gegenüberliegenden Seiten der Platte 1 fluidisch oder dauerhaft fluidisch verbindet.
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In 6 fungiert der erste Fluidanschluss 11 als Hochdruck-Fluidanschluss der Maschine 200 gemäß 8, und der zweite Fluidanschluss 12 fungiert als Niederdruck-Fluidanschluss der Maschine 200 gemäß 8. In 6 kann Hochdruckfluid vom ersten Fluidanschluss 11 über den Kanal 28 zum großflächigen Auflager 4 und über das Ventil 26 in der mit 26a bezeichneten Richtung und über den Kanal 29 zum kleinflächigen Auflager 7 fließen. Von dort strömt das Hochdruckfluid durch die Kanäle 30 und 31 zu dem kleinflächigen Auflager 6. Das kleinflächige Auflager 6 befindet sich auf der gleichen Seite der Schluckvolumeneinstellplatte 1 wie das großflächige Auflager 4. Der Durchfluss vom Kanal 30 zum Kanal 32 und weiter zum zweiten großflächigen Auflager 5 wird durch das Einwegventil 27 blockiert. Das großflächige Auflager 5 ist mit dem Niederdruckanschluss 12 der Maschine verbunden. Auf diese Weise sind das kleinflächige und großflächige Auflager 4, 6 auf einer Seite der Platte 1 mit dem Hochdruck-Fluidanschluss 11 verbunden. Andererseits kann das kleinflächige Auflager 7 auf der anderen Seite der Platte 1, das mit dem Hochdruck-Fluidanschluss 11 verbunden ist, die minimale Lagerung gewährleisten, die für die Schmierung auf der Seite der Platte 1 erforderlich ist, auf der die geringeren Kolbenkräfte ausgeübt werden.
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Bei umgekehrter Drehrichtung der Maschine/Pumpe, wie in 7 dargestellt, fungiert der zweite Fluidanschluss 12 als Hochdruck-Fluidanschluss und der erste Fluidanschluss 11 als Niederdruck-Fluidanschluss. Der zweite Hochdruck-Fluidanschluss 12 liefert Hochdruckfluid über das Einwegventil 27 und den Kanal 31 an das kleinflächige Auflager 6, über den Kanal 32 an das großflächigen Auflager 5 und über das Einwegventil 27 und den Kanal 30 an das kleinflächigen Auflager 7. Die Zufuhr von Hochdruckfluid zu dem anderen großflächigen Auflager 4 wird durch das Ventil 26 blockiert. Das großflächige Auflager 4 ist über den Kanal 28 mit dem Niederdruckanschluss 11 verbunden. Auf diese Weise sind das kleinflächige und großflächige Auflager 5, 7 auf einer Seite der Platte 1 mit dem Hochdruck-Fluidanschluss 12 verbunden. Andererseits kann das kleinflächige Auflager 6 auf der anderen Seite der Platte 1, das mit dem Hochdruck-Fluidanschluss 12 verbunden ist, die minimale Lagerung gewährleisten, die für die Schmierung auf der Seite der Platte 1 erforderlich ist, auf der die geringeren Kolbenkräfte ausgeübt werden.
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9 zeigt eine weitere Axialkolbenmaschine 300 des hier vorgeschlagenen Typs. Die Maschine 300 umfasst Fluidkanäle 40, 41, die sich durch ein Gehäuse oder eine Verkleidung 33 der Maschine 300 erstrecken. Der Fluidkanal 40 verbindet den ersten Fluidanschluss 11 fluidisch mit einer ersten hydrostatischen Lageranordnung 42 auf einer ersten Seite der Schluckvolumeneinstellplatte 1, insbesondere mit einer festen Lagerfläche der ersten hydrostatischen Lageranordnung 42, auf der die erste Seite der schwenkbaren Platte 1 gelagert ist und die starr mit dem Gehäuse oder der Verkleidung 33 verbunden sein kann. Und der Fluidkanal 41 verbindet den zweiten Fluidanschluss 12 fluidisch mit einer zweiten hydrostatischen Lageranordnung 43 auf einer zweiten Seite, entgegengesetzt zur ersten Seite, der Schluckvolumeneinstellplatte 1, insbesondere mit einer festen Lagerfläche der zweiten hydrostatischen Lageranordnung 43, auf der die zweite Seite der schwenkbaren Platte 1 gelagert ist und die starr mit dem Gehäuse oder der Verkleidung 33 verbunden sein kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3682044 [0003]
- US 3682044 A [0007]
- US 6186748 B1 [0008]
- US 6406271 B1 [0009]
