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Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Verstelleinheit mit Schrägscheibe
und einem Servosystem mit einer Federanordnung 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 mechanisch auf die Schrägsscheibe übertragen, die auf diese Weise, bspw. über einen
mit der Schrägscheibe
verbundenen Servoarm verschwenkt wird. Die Federkräfte der Federanordnung
zur Rückstellung
sind so bemessen, dass sie den Schwenkwinkel der Schrägscheibe in
die Neutrallage, d. h. bis zur Winkelposition 0° zurückführen, wenn das Servosystem
der Verstelleinrichtung nicht angesteuert wird.
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Quer
liegende Servokolben an Pumpen im geschlossen Kreis verwenden meist
Servofedern, die in jeder Verschiebungsrichtung des Servokolbens wirken,
weil so für
beide Schwenkrichtungen der Schrägscheibe
mit ein- und denselben Federn die Rückstellung gesichert ist. Um
Bauraum zu sparen, kann man die Federn dabei in den hohl gebohrten Servokolben
unterbringen, wodurch allerdings das Problem entsteht, dass mit
dem Servoarm der Schrägscheibe
ein mittiger, auf der Bewegungsachse des Servokolbens liegender
Kraftangriff zum Servokolben nicht möglich ist und unvermeidlich
Kippkräfte entstehen.
Verlegt man andererseits die Federn einseitig des Kraftangriffs
in den Servoraum, vermeidet man zwar diese Kippkräfte, benötigt aber
viel Bauraum. Um dieses Baubreitenproblem zu reduzieren, kann man
weiterhin die Federn auch in den Servozylinder-Druckraum verlegen,
benötigt
hierfür
aber sehr genau gefertigte Teile und ist hinsichtlich der wählbaren
Federkräfte
durch die Abmessungen des Zylinderraumes stark eingeschränkt.
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Eine
Lösung
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 100 37 482 C1 bekannt.
Sie beschreibt eine im geschlossenen Kreis arbeitende hydraulische
Verstellpumpe mit einem querliegenden Servosystem, bei dem ein doppelt
wirkender Servokolben mit zwei jeweils in einem Zylinder geführten Stirnflächen vorgesehen
ist. Der Kolben wird durch Federn, die bei jedem Kolbenhub in beliebiger
Richtung als Druckfedern wirken, in die Neutrallage zurückgezwungen.
Die Federn sind dabei außerhalb des
Servozylinder-Druckraums um den Servokolben herum angeordnet und
beidseitig des Eingriffpunkts des Servoarms jeweils über Federteller
am Gehäuse sowie
gegenüberliegend
jeweils an einem der Servozylinder abgestützt.
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Der
Kraftangriff des Servoarms kann bei den Ausführungsbeispielen des bekannten
Systems zwar zentrisch, auf der Bewegungsachse des Servokolbens
erfolgen. Der Umstand aber, dass dort die Federn auf einer gemeinsamen
Mittellinie um die Bewegungsachse des Servokolbens beiderseits des
Eingriffspunktes des Servoarms liegen, hat den Nachteil, dass der
Servokolben insoweit zerlegbar sein muss, um die Federn um ihn herum
montieren zu können. Die
beiden die Stirnflächen
des Servokolbens bildenden Teile sind beim Ausführungsbeispiel nach der
DE 100 37 482 C1 deshalb
mit dem zentralen Teil des Kolbens verschraubt. Bei der Montage
muss dabei das jeweilige Federpaket zwischen den Federtellern so
weit als möglich
spielfrei zwischen Servokolben und Servozylinder eingeschlossen
und dabei so positioniert werden, dass die Pumpe sich in Neutralstellung
befindet. Die Spielfreiheit macht es erforderlich, die Fertigungstoleranzen
der einzelnen Bauteile sehr eng zu wählen. Zum anderen kann die
Neutrallage nicht durch Verschieben des Kolbens im Gehäuse einjustiert
werden, sondern muss durch Verschieben des kompletten Servosystems
relativ zum Pumpengehäuse
erfolgen. Für
das Servosystem ist deshalb ein eigenes Verstellgehäuse erforderlich.
Alle diese Umstände
erschweren die Montage und verteuern die Fertigung ganz erheblich.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine hydraulische Verstelleinheit
mit einem Servosystem bereitzustellen, das eine einfachere Fertigung
und Montage erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine hydraulische Verstelleinheit mit den Merkmalen
gemäß Anspruch 1
gelöst.
Zweckmäßige Weiterbildungen
sind in den abhängigen
Ansprüchen
und durch die Beschreibung des Ausführungsbeispiels definiert.
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Erfindungsgemäß werden
die beiden Federteller durch die Feder jeweils in Richtung auf einen Anschlag
des jeweiligen, auf ihrer Seite liegenden Servozylinders so beaufschlagt,
dass in Neutralstellung die Federteller an den Servokolben-Rückflächen und
am Anschlag des jeweiligen Servozylinders im wesentlichen spielfrei
anliegen, wobei der Abstand der Federteller und die Federvorspannung
durch den Abstand der beiden Servokolben-Rückflächen des Servokolbens bestimmt
sind.
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Vorzugsweise
sind mehrere Federn parallel zur Bewegungsachse des Servokolbens
um diesen herum angeordnet. Der Servokolben kann dann einteilig
ausgebildet sein. Von Vorteil ist außerdem, wenn die Federteller
zur weiteren Erleichterung der Montage geschlitzt ausgeführt sind.
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Erfindungsgemäß steht
die Schrägscheibe über einen
Servoarm mit dem Servokolben derart in Wirkverbindung, daß der Kraftangriff
des Servoarms im Servokolben auf und in Richtung von dessen Bewegungsachse
erfolgt. Hierdurch wird vermieden, dass Kippmomente entstehen, die
die Funktionssicherheit des Servosystems beeinträchtigen würden. Die Anordnung kann dabei
so getroffen werden, dass der mit der Schrägscheibe verbundene Servoarm
die Federanordnung einseitig übergreift.
Dies bedeutet, dass in besonders kompakt bauender Weise ein Teil der
Federanordnung im Raum zwischen Servozylinder und Schrägscheibe
sowie zwischen Servoarm und Zylinderblock untergebracht werden kann.
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Die
Servozylinder sind erfindungsgemäß unabhängig voneinander
in Bewegungsrichtung des Servokolbens verschiebbar. Dadurch lassen
sich auf elegante Weise sowohl die Nullstellung als auch die Spielfreiheit
des Servokolbens einjustieren. Die Servoeinheit muss damit nicht
mehr in einem getrennten Gehäuse
untergebracht werden, das zur Justierung relativ zum Pumpengehäuse verschiebbar
sein muss. In besonders vorteilhafter Weise lässt sich das Verschieben dadurch
realisieren, dass die Servozylinder mittels Gewinde im Gehäuse drehbar
ausgebildet 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 durch das Servosystem; und
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2 einen
Schnitt längs
der Linie X-X der 1;
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1 zeigt
Schnittansicht durch das Oberteil der erfindungsgemäßen hydraulischen
Verstelleinheit mit dem Servosystem 4 und der Schrägscheibe 3.
Im unteren Teil sind jeweils die Verdrängerkolben 1 dargestellt,
die in einem Zylinderblock 2 um die Welle der hydraulischen
Verstelleinheit angeordnet sind und sich mit ihren Gleitschuhen
an der Schrägscheibe 3 gleitend
abstützen,
von der in 1 ein Teil in Draufsicht zu
sehen ist. Die Schrägscheibe 3 steht über den
Servoarm 14 mit dem Servokolben 5 in Wirkverbindung,
wobei eine Abkröpfung
des Servoarms 14 mit dem Servokolben 5 zentrisch,
auf dessen Bewegungsachse in Eingriff steht. Der Servokolben 5 ist
einteilig und weist beiderseits je eine Servokolben-Stirnfläche 6 auf,
der wiederum jeweils eine Servokolben-Rückfläche 8 und ein Servozylinder 7 zugeordnet.
Die Servokolben-Stirnfläche 6 begrenzt zusammen
mit dem ihr zugeordneten Servozylinder 7 beiderseits je
einen Servozylinder-Druckraum 9, über den der Servokolben 5 hydraulisch
zur Verstellung des Schwenkwinkels der Schrägscheibe 3 mit Druck
beaufschlagbar ist.
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Zur
Rückstellung
in die Null- oder Neutrallage der Schrägscheibe 3 ist eine
Federanordnung 10 vorgesehen, die parallel zur Bewegungsachse
des Servokolbens 5 um diesen herum angeordnete Federn 11 umfasst,
die für
beide Bewegungsrichtungen gleichermaßen wirksam sind. Die Federn 11 drücken beiderseits
je einen Federteller 12 an jeweils einen Anschlag 13 des
Servozylinders 7 und stützen
sich zugleich über
einen Bund an der jeweiligen Servokolben-Rückfläche 8 ab. Von besonderer
Bedeutung ist dabei, dass in Neutrallage, die in 1 dargestellt ist,
der Abstand der Federteller 12 und die Federvorspannung
durch den Abstand der beiden Anschläge 13 der Servozylinder 7 bestimmt
sind und jede der beiden Servokolben-Rückflächen 8 in dieser Neutralstellung
praktisch spielfrei am zugehörigen
Federteller 12 anliegt.
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Die
Servozylinder 7 sind mittels eines Gewindes im Gehäuse 15 dreh-
und verschiebbar ausgebildet. Damit kann das System in die Neutralstellung einjustiert
werden. Zugleich erfolgt die Einstellung auf Spielfreiheit. Hierzu
müssen
lediglich die Servozylinder 7 durch Drehen in ihren Gewinden
beiderseits verschoben werden. Nach erfolgter Einjustierung werden
die Servozylinder 7 fixiert und so gegen unbeabsichtigtes
Verdrehen gesichert.
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In
der 2, die einen Schnitt längs der Linie X-X in 1 zeigt,
ist die Schrägscheibe 3 mit
dem Servoarm 14 zu sehen, der mit seinem abgekröpften Ende
in Eingriff mit dem Servokolben 5 steht. Weiterhin ist
die Federanordnung 10 mit Federn 11 dargestellt,
die beiderseits und parallel zur Bewegungsrichtung des Servokolbens 5 liegen.
Die Federn 11 sind in Drehrichtung um die Bewegungsachse
des Servokolbens 5 so angeordnet, dass der den Servokolben 5 mit
der Schrägscheibe 3 verbindende
Servoarm 14 die Federanordnung 10 einseitig übergreift,
d. h. dass die innenseitige, im Raum zwischen Schrägscheibe 3 und
Servokolben 5 liegende Feder 11 unterhalb des Servoarms 14 zwischen
diesem und dem Zylinderblock 2 untergebracht ist. Die Federn 11 stützen sich dabei
am Federteller 12 ab, der aus Montagegründen geschlitzt ausgeführt ist.
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Die
Funktionsweise des erfindungsgemäßen Servosystems 4 ist
wie folgt: Bei einer Beaufschlagung des rechts in 1 gezeichneten
Servozylinder-Druckraums 9 bewegt
sich der Servokolben 5 nach links. Die rechte Servokolben-Rückfläche 8,
die am Bund des Federtellers 12 anliegt, nimmt diesen bei
der Bewegung mit, während
sich im gegenüberliegenden
Servozylinder 7 die Servokolben-Rückfläche 8 vom Bund des
linken Federtellers 12 löst, der selbst weiter gegen
den Anschlag 13 des linken Servozylinders 7 gedrückt wird.
Wird das Servosystem 4 nicht angesteuert, zwingt die Federanordnung 10 den
Servokolben 5 automatisch in die Neutralstellung zurück. Bei
Beaufschlagung des linken Servozylinder-Druckraums 9 ergibt
sich ein analoger Bewegungsablauf in umgekehrter Richtung, wobei
das spielfreie Anliegen der Servokolben-Rückflächen 8 einen glatten
und stetigen Durchgang durch die Neutrallage beim Wechsel zwischen
den Schwenkrichtungen der Schrägscheibe 3 garantiert.
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Das
vorgeschlagene Servosystem 4 baut auch bei sehr großen Federkräften außerordentlich klein.
Es stellt hinsichtlich der Fertigungstoleranzen keine außergewöhnlichen
Ansprüche
und bietet eine einfache Möglichkeit
zur Einstellung der Neutralposition, bei vergleichsweise geringen
Herstellungskosten.
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- 1
- Verdrängerkolben
- 2
- Zylinderblock
- 3
- Schrägscheibe
- 4
- Servosystem
- 5
- Servokolben
- 6
- Servokolben-Stirnfläche
- 7
- Servozylinder
- 8
- Servokolben-Rückfläche
- 9
- Servozylinder-Druckraum
- 10
- Federanordnung
- 11
- Feder
- 12
- Federteller
- 13
- Anschlag
- 14
- Servoarm
- 15
- Gehäuse