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Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Verstelleinheit mit Schrägscheibe,
die über
einen Servoarm mit einem Servokolben in Wirkverbindung steht gemäß dem Oberbegriff
des Patentspruchs 1.
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Bei
den bekannten hydrostatischen Verstelleinheiten mit Schrägscheibe,
die als Pumpe oder Motor im geschlossenen Kreis arbeiten, sind die
Verdrängerkolben
in Zylindern eines Zylinderblocks geführt und rotieren um die Welle
der Verstelleinheit. Während
der Rotation stützen
sich die Verdrängerkolben
mittels Gleitschuhen auf der Schrägscheibe ab, wobei bei jedem
360°-Umlauf
jeder Verdrängerkolben
einen vollständigen
Hub ausführt.
Die Schrägscheibe
weist dazu eine ebene Lauffläche
auf, auf welcher die Gleitschuhe gleiten, mit denen die Verdrängerkolben
gelenkig verbunden sind.
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Die
Schrägscheibe
ist mittels eines Servosystems derart verschwenkbar, dass sich die
Winkelposition ihrer Lauffläche
gegenüber
der Hubrichtung der Verdrängerkolben ändert. Damit
verändert
sich auch deren Hub und der durch die Pumpe erzeugte Volumenstrom.
Die zur Änderung
des Schwenkwinkels der Schrägscheibe
erforderliche Kraft wird durch das Servosystem in der Regel hydraulisch
erzeugt. Zu diesem Zweck steht die Schrägscheibe mit einem oder mehreren
Servokolben in Verbindung, die in entsprechenden Servozylindern
geführt
und mit Druck beaufschlagbar sind. Die hierdurch bewirkte Verstellung
des Servokolbens wird mittels eines Servoarms mechanisch auf die
Schrägsscheibe übertragen,
die auf diese Weise verschwenkt wird. Zur Rückstellung ist eine Federanordung
vorgesehen, die den Schwenkwinkel der Schrägscheibe in die Neutrallage,
d.h. bis zur Winkelposition 0° zurückführt, wenn das
Servosystem nicht angesteuert wird.
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Die
DE 31 25 116 A1 beschreibt
eine solche verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine, bei der
am Schwenkkörper
ein Hebel angesetzt ist, dessen freies Ende mit einem kugelförmigen Kopf
in eine Ausnehmung des Servokolbens entlang einer Eingriffsachse
greift, die im wesentlichen in Richtung der Systemachse der Axialkolbenmaschine
weist.
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Ein
weiteres einschlägiges
System ist aus der
DE
100 37 481 C1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine
hydraulische Verstellpumpe in Schrägscheibenbauweise mit einem
von der Schrägscheibe
ausgehenden Servoarm, der in einer im wesentlichen parallel zur
Welle der Verstellpumpe verlaufenden Ebene verschwenkbar ist und
mit seinem abgekröpften
Ende den der Winkelverstellung der Schrägscheibe dienenden Servokolben
untergreift, dessen Bewegungsachse senkrecht zur Welle der Verstellpumpe
ausgerichtet ist. Der Servoarm ist mit seinem abgekröpften, vom
Zylinderblock nach außen weisenden
Ende mit dem Servokolben auf dessen dem Zylinderblock zugewandten
Seite gelenkig verbunden, wobei der Servokolben in einem Deckel
integriert ist, der das Pumpengehäuse auf der Oberseite abdeckt.
Insoweit besteht hier kein weiterer verfügbarer Bauraum, um auch noch
den Steuerungsteil des Servosystems unterzubringen. Dieses wird
deshalb üblicherweise
außerhalb
des Pumpengehäuses, bspw.
auf dessen Oberseite montiert.
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Der
Servokolben und der gekröpfte
Hebel des Servoarmes sind bei dem bekannten System so zueinander
angeordnet, dass die Bewegungsachse des Servokolbens durch den gekröpften Hebel
verläuft,
so dass die durch den Servokolben ausgeübte Verstellkraft unmittelbar
in die Schrägscheibe
zur Änderung
ihrer Winkelposition und damit zur Änderung des effektiven Hubs der
Verdrängerkolben
eingeleitet wird. Damit erfolgt der Eingriff des Servoarms bei dem
bekannten System zwar zentrisch, auf und in Richtung der Bewegungsachse
des Servokolbens. Der Umstand aber, dass der Servokolben oberhalb des
Servoarms und über
diesem wiederum die Steuerungseinrichtung des Servosystems liegt,
ergibt eine relativ hoch bauende Anordnung, die dem Konstrukteur
je nach Pumpengröße und -leistung
nur wenig Freiheitsgrade bei der Anordnung der Steuerungseinrichtung
relativ zum Servokolben und zur Schrägscheibe läßt. In der Praxis führt dies
dazu, dass für
unterschiedliche Pumpengrößen einer
Baureihe auch unterschiedliche Steuerungen für das Servosystem vorgesehen
werden müssen,
die sowohl hinsichtlich ihrer körperlichen
Abmessungen als auch bezüglich
der inneren Kinematik bei der Rückführung des
Istwerts des Schrägscheiben-Schwenkwinkels
der jeweiligen Pumpengröße angepaßt werden
müssen.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Verstelleinheit
mit einem Servosystem bereitzustellen, das eine kompakte Bauweise
und eine Standardisierung der Servosysteme für Verstelleinheiten unterschiedlicher
Größe und Leistung
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird bei der hydraulischen Verstelleinheit mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
und durch die Beschreibung des Ausführungsbeispiels definiert.
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Erfindungsgemäß übergreift
der Servoarm die Anordnung aus Servokolben und Federanordnung auf
der dem Zylinderblock abgewandten Seite des Servokolbens, wobei
das Ende des Servoarms in Richtung auf den Zylinderblock weist und
mit einer durch den Servoarm parallel zur Welle der Verstelleinheit
verlaufenden Bezugsachse einen Winkel von 0° < α < 180° einschließt, wobei
90° die
Richtung vom Servoarm in Neutralstellung der Schrägscheibe senkrecht
auf die Längsachse
von Servokolben und Zylinderblock bezeichnet. Damit ergibt sich
eine erheblich kompaktere Bauweise mit der Folge, dass dem Konstrukteur
weit mehr Freiheitsgrade bei der Ausbildung und Anordnung des Steuerungsteils
des Servosystems zur Verfügung
stehen.
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Bevorzugt
beträgt
der Winkel α etwa
90°. Die Vorteile
der Erfindung ergeben sich aber auch bereits dann, wenn der Winkel α in einem
Bereich von 15° ≤ α ≤ 165° liegt. Weitere
bevorzugte Bereiche sind 30° ≤ α ≤ 150°, 45° ≤ α ≤ 135°, 60° ≤ α ≤ 120° und 75° ≤ α ≤ 105°.
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In
Weiterbildungen der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen Servoarm
und Servokolben eine im wesentlichen spielfreie Gelenkverbindung besteht,
dass das Ende des Servoarms abgekröpft ist oder durch einen in
den Servoarm eingesetzten Bolzen oder Stift gebildet wird, und dass
das Ende des Servoarms in mindestens einer Querabmessung im Vergleich
zum übrigen
Servoarm reduziert ist.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass das Ende des Servoarms in die Projektionsfläche des
Servokolbens eintauchen und der Kraftangriff des Servoarms auf der
Bewegungsachse des Servokolbens sowie im wesentlichen in Richtung
dieser Bewegungsachse erfolgen kann. Hierdurch werden Kippmomente,
wie sie bei nicht-zentrischem Kraftangriff auftreten, vermieden.
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Zur
Kompakt-Bauweise trägt
insbesondere bei, wenn an der Schrägscheibe im Bereich des Servoarms
ein Übertragungsglied
vorgesehen ist, das den Istwert des Schwenkwinkels der Schrägscheibe an
die Steuereinrichtung des Servosystems überträgt. Erfindungsgemäß kann dieses Übertragungsglied
als in die Schrägscheibe
eingesetzter Stift ausgebildet sein, dessen Position von der unmittelbar darüber angeordneten
Servo-Steuereinrichtung detektiert wird.
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Mit
den hydraulischen Verstelleinrichtung nach der Erfindung lassen
sich in besonders vorteilhafter Weise Baureihen mit Modellen unterschiedlicher
Leistung herstellen, die dadurch charakterisiert sind, dass das Übertragungsglied
für den
Istwert des Schwenkwinkels jeweils den gleichen Abstand zur Schwenkachse
der Schrägscheibe
besitzt und einheitliche Servo-Steuereinrichtungen
mit gleich dimensionierten mechanischen Abmessungen vorgesehen sind.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine Schnittansicht durch
das Oberteil der erfindungsgemäßen hydraulischen
Verstelleinheit und das Servosystem;
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2 einen Schnitt längs der
Linie X-X der 1;
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1 zeigt eine Schnittansicht
durch das Oberteil der erfindungsgemäßen hydraulischen Verstelleinheit
mit dem Servokolben 5 und der Schrägscheibe 3. Im unteren
Teil sind Verdrängerkolben 1 angedeutet,
die in einem Zylinderblock 2 um die hier nur schematisch
eingezeichnete Welle 21 der hydraulischen Verstelleinheit
angeordnet sind. Die Verdrängerkolben 1 stützen sich
mit ihren Gleitschuhen an der Schrägscheibe 3 gleitend
ab, von der in 1 nur
der obere Teil in Draufsicht zu sehen ist. Die Schrägscheibe 3 steht über das
abgekröpfte
Ende 18 des Servoarms 14 mit dem Servokolben 5 in
Wirkverbindung, wobei die Abkröpfung
des Servoarms 14 in die Projektionsfläche des Servokolbens 5 eintaucht und
mit diesem über
eine im wesentlichen spielfreie Gelenkverbindung 19 verbunden
ist. Der Kraftangriff erfolgt zentrisch auf und im wesentlichen
längs der Bewegungsachse 17 des
Servokolbens 5. Dieser wirkt nach beiden Seiten, auf denen
er jeweils durch einen Servozylinder 7 zur Verstellung
des Schwenkwinkels der Schrägscheibe 3 mit
Druck beaufschlagbar ist. Eine Federanordnung 10 dient
zur Rückstellung
des Servokolbens 5 und damit zur Rückstellung der Schrägscheibe 3 in
die Neutralposition.
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In 2, die einen Schnitt längs der
Linie X-X von 1 zeigt,
ist die im Gehäuse 15 gelagerte Schrägscheibe 3 mit
dem Servoarm 14 zu sehen, der mit seinem abgekröpften Ende 18 über eine
spielfreie Gelenkverbindung 19 mit dem Servokolben 5 verbunden
ist und in einer Ebene verschwenkbar ist, die im wesentlichen parallel
zur Welle 21 der Verstelleinheit verläuft. Der den Servokolben 5 mit
der Schrägscheibe 3 verbindende
Servoarm 14 übergreift
dabei die Anordnung von Feder und Servokolben 5 auf dessen
dem Zylinderblock abwandten Außenseite,
wobei das Ende 18 des Servoarms in Richtung auf den Zylinderblock 2 weist.
Servokolben 5 und Federanordnung 10 sind im Raum
zwischen der Schrägscheibe 3,
den Verdrängerkolben 1 sowie
unterhalb des Servoarms 14 bzw. teilweise neben letzterem
angeordnet. Damit ergibt sich eine ungemein kompakte Bauweise, mit
der der Bauraum oberhalb der Verdrängerkolben 1 und des
Zylinderblocks 2 optimal genutzt wird.
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Definiert
man, wie in 2 eingezeichnet, ein
rechtwinkliges Koordinatensystem, in dem die 0°-Bezugsachse durch den Servoarm 14 parallel
zur Welle der Verstelleinrichtung verläuft, während die 90°-Achse die
Richtung vom Servoarm 14 auf Servozylinder 7 und
Zylinderblock 2 senkrecht zur Bewegungsrichtung 17 des
Servokolbens 5 bezeichnet, dann schließt in Neutralstellung der Schrägscheibe das
Ende 18 des Servoarms 14 in der in 2 gezeichneten Konstruktion
einen Winkel α von
etwa 90° mit
der vorstehend definierten 0°-Bezugsachse
ein und taucht unter diesem Winkel in den Servokolben ein.
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Wenngleich
ein Winkel α von
etwa 90° zwischen
dem Servoarm 14 und dem Servoarm-Ende 18 (d.h.
ein Eintauchen des Servoarms 14 von oben senkrecht zur
Bewegungsachse 17 des Servokolbens 5 in Richtung
auf den Zylinderblock 2), eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung
ermöglicht,
so lassen sich die im wesentlichen gleichen Vorteile aber auch mit
einer Anordnung realisieren, bei der der Servoarm 14 mehr
oder minder schräg
aus dem Halbraum heraus, mit Eingriffswinkeln α zwischen 0° und 180° (aus praktischen Gründen im
Bereich von 15 ≤ α ≤ 165°) in die
Projektionsfläche
des Servokolbens eintaucht. In all diesen Fallen ist es möglich, Servokolben
und Rückstellfedern
in Kompaktbauweise im vorgenannten, durch Schrägscheibe 3, Servoarm 14 und
Zylinderblock 2 umrissenen Bauraum ohne zusätzlichen
Platzbedarf nach oben unterzubringen.
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Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kompaktbauweise besteht
darin, dass an der Schrägscheibe 3,
wie in 2 dargestellt,
ein Übertragungsglied,
bspw. in Form eines Stiftes 20 angebracht werden kann,
an dem der Istwert des Schrägscheiben-Schwenkwinkels
von der darüber
angeordneten Steuereinrichtung 16 des Servosystems detektiert
wird. Auf diese Weise wird der Istwert des Schwenkwinkels auf kürzestem
Wege der Servosteuerung 16 rückgemeldet.
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In
der Folge ergeben sich durch die beschriebene Anordnung zusätzliche
Freiheitsgrade für
die konstruktive Gestaltung der Baugruppen des Servosystems 4,
insbesondere im Hinblick auf die mechanischen Abmessungen und die
Dimensionierung der Steuereinrichtung 16. Wird der in 2 dargestellte Stift 20 zur
Rückmeldung
des Schwenkwinkel-Istwerts bei hydrostatischen Verstelleinrichtungen
unterschiedlicher Leistung immer im gleichen Abstand zur Schwenkachse
der Schrägscheibe 3 angebracht, so
kann die Steuereinrichtung 16 ebenfalls immer in gleicher
relativer Lage zu dieser Schwenkachse positioniert werden, wobei
sich vorteilhafterweise immer die gleiche Winkelauflösung ergibt.
Ermöglicht wird
dies dadurch, dass die Schrägscheibe 3 den Servokolben 5 in
der zuvor beschriebenen Weise umgreift und so für die Steuereinrichtung ausreichend
Bauraum schafft.
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Mit
der Erfindung wird auch eine Baureihe hydrostatischer Verstelleinheiten
für einen
weiten Bereich unterschiedlicher Baugrößen und Leistungsstufen geschaffen,
bei denen die Steuereinrichtungen des Servosystems in ihren mechanischen
Abmessungen gleich dimensioniert sind. Bspw. kann auf diese Weise
eine Baureihe für
Förderleistungen
von 17,5 cm3/Umdrehung bis 250 cm3/Umdrehung mit einer einheitlichen Servo-Steuereinrichtung
ausgestattet werden, wobei außerdem
das gesamte Servosystem von der Oberseite der hydraulischen Verstelleinrichtung
gut zugänglich
ist.
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Das
vorgeschlagene System, bei dem die Schrägscheibe mit einem Servoarm
die Servokolben-Federanordnung übergreift,
baut außerordentlich
klein. In der Folge ergeben sich daraus überraschende und vorteilhafte
Konsequenzen für
die konstruktive Ausgestaltung des gesamten Servosystems sowie eine
erhebliche Kostenreduzierung in Fertigung und Service.
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- 1
- Verdrängerkolben
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Schrägscheibe
- 4
- Servosystem
- 5
- Servokolben
- 7
- Servozylinder
- 10
- Federanordnung
- 14
- Servoarm
- 15
- Gehäuse
- 16
- Servo-Steuereinrichtung
- 17
- Bewegungsachse
des Servokolbens
- 18
- Ende
des Servoarms
- 19
- Gelenkverbindung
- 20
- Stift
zur Übertragung
des Schwenkwinkels der Schrägscheibe
- 21
- Welle
der Verstelleinheit