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Reversierbare, hydrostatische Radial- oder Axialkolbenmaschine
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Die Erfindung betrifft eine reversierbare, hydrostatische Radial-
oder Axialkolbenmaschine, insbesondere reversierbarer hydrostatischer Radial- oder
Axialkolbenmotor, bei der die Zylinderräume durch eine Exzentersteuerung bzw. durch
den Zylinderblock, welche bzw. welcher mit der Maschinenwelle drehfest verbunden
und relativ zu einer mit überleitungsöffnungen versehenen, im Maschinengehäuse gelagerten
Steuerplatte verdrehbar ist, während einer Umdrehung der Maschinenwelle abwechselnd
aufeinanderfolgend mit dem Hochdruck- und dem Niederdruckanschluß verbunden sind,
wobei im Bereich des oberen und unteren Totpunktes der Arbeitskolben die Zylinderräume
keine Verbindung mit dem Hochdruck- bzw. mit dem Niederdruckanschluß aufweisen.
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Bei der gattungsgemäßen Bauart kann es sich folglich um eine Axialkolbenmaschine
handeln, bei der die Steuerplatte zwei nierenförmige, gekrümmte Steuernuten als
Überleitungsöffnungen aufweist, die jeweils mit dem Hochdruck- bzw. mit dem Niederdruckanschluß
verbunden sind. Der sich relativ zu der Steuerplatte drehende Zylinderblock überstreicht
dabei mit den stirnseitigen Mündungen der zu den Zylinderräumen führenden Kanäle
die Steuernuten in der Steuerplatte. Auf diese Weise sind dann die Zylinderräume
bei einer Umdrehung der Maschinenwelle abwechselnd aufeinanderfolgend mit dem Hochdruck-
und mit dem Niederdruckanschluß verbunden. Die einander benachbarten Endabschnitte
der Steuernuten sind durch Überleitungsstege voneinander getrennt,
die
breiter als die Kanalmündungen im Zylinderblock bemessen sind. Somit haben die Zylinderräume
in den beiden Totpunktbereichen der Arbeitskolben weder eine Verbindung mit dem
Hochdruck- noch mit dem Niederdruckanschluß. Diese sogenannte positive Überdeckung
soll einen Kurzschluß zwischen dem Hochdruck-und dem Niederdruckbereich der Maschine
verhindern.
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Es kann sich bei der gattungsgemäßen Bauart aber auch um eine Radialkolbenmaschine
handeln, bei welcher die Überleitung des Arbeitsfluids zwischen den Zylinderräumen
und dem Hochdruck-bzw. dem Niederdruckanschluß durch eine sich zur Steuerplatte
in zwei Ebenen translatorisch bewegende Steuerringanordnung bewirkt wird. Die Steuerplatte
weist hierbei keine nierenförmigen Steuernuten auf, sondern Durchgangsbohrungen
als Überleitungsöffnungen. Die Anzahl der Überleitungsöffnungen entspricht der Zahl
der Zylinderräume. Durch die sich an der Steuerplatte entlang translatorisch bewegende
Steuerringanordnung werden folglich die Zylinderräume ebenfalls bei einer Umdrehung
der Maschinenwelle abwechselnd aufeinanderfolgend mit dem Hochdruck- und dem Niederdruckanschluß
verbunden. Die Steuerringanordnung führt dabei in radialer Richtung eine Trennung
zwischen dem Hochdruck-und dem Niederdruckbereich durch. Die Vermeidung eines Kurzschlusses
zwischen den beiden Bereichen wird durch die Breite der einerseits an der Steuerplatte
und andererseits an einer mindestens mittelbar dem Gehäuse zugeordneten Fläche anliegenden
Steuerringe gewährleistet. Beim Überfahren einer Überleitungsöffnung in der Steuerplatte
wird diese über den gewünschten Verdrehwinkel voll von dem steuerplattenseitigen
Steuerring abgedeckt.
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Obwohl die bekannten Bauarten von reversierbaren, hydrostatischen
Radial- oder Axialkolbenmaschinen in der Praxis einen verbreiteten Eingang gefunden
haben, so sind doch noch
erhebliche Unregelmäßigkeiten im Druckverhalten
beim Übergang eines Zylinderraumes vom Niederdruck- zum Hochdruckbereich und umgekehrt
zu beobachten. Die Folge dieser Unregelmäßigkeiten sind Beschädigungen der verschiedenen
Maschinenbauteile sowie erhebliche Lärmbelästigungen. Ursache dieser Mängel ist
einerseits die sowohl fertigungsbedingte als auch aus Sicherheit gegen einen Kurzschluß
zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckbereich notwendige positive Überdeckung,
bei welcher also der jeweilige Zylinderraum weder mit dem Hochdruck- noch mit dem
Niederdruckanschluß in Verbindung steht. Andererseits werden die Mängel durch die
sogenannte Spätsteuerung hervorgerufen, die in den fertigungs-, montage- und betriebsbedingten
Toleranzen der miteinander verbundenen Bauteile sowie in den wärme-und druckbedingte
Einflüssen während des Betriebs begrÜndet ist.
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Beim Wechsel eines Zylinderraumes vom Niederdruck-zum Hochdruckbereich
ist bei den bekannten Bauarten festzustellen, daß der Zylinderraum bereits kurz
vor dem Erreichen des oberen Totpunktes vom Niederdruckbereich getrennt wird. Der
Kolben bewegt sich jedoch noch weiter in Richtung auf den oberen Totpunkt zu und
komprimiert dadurch den restlichen Anteil des sich noch im Zylinderraum befindenden
Arbeitsfluids. Hat der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht und wechselt er dann
seine Bewegungsrichtung, so kann sich das eingeschlossene Arbeitsfluid bei stetig
größer werdendem Zylinderraum zwar entspannen, es kann jedoch noch nicht abströmen,
da der Zylinderraum aufgrund der positiven Überdeckung über einen bestimmten Verdrehwinkel
der Maschinenwelle weiterhin verschlossen bleibt. Bei dann sich weiter in Richtung
auf den unteren Tot punkt zu bewegendem Kolben wird der Zylinderraum noch mehr vergrößert,
ohne daß er zum Hochdruckbereich hin geöffnet wird. Der Grund hierfür
ist
die Spätsteuerung. Hierdurch kommt es also zu einem Saugeffekt, der bewirkt, daß
der dem Kolben zugeordnete Kolbenschuh von seiner Gegenfläche abgehoben wird. Die
Dicht spalte zwischen dem Kolbenschuh und der Gegenfläche werden mithin vergrößer,
so daß eine erhöhte Leckage eintritt, wenn anschließend bei der Verbindung des Zylinderraums
mit dem Hochdruckbereich unter Hochdruck stehendes Arbeitsfluid zuströmt. Die plötzliche
Verbindung des Zylinderraumes mit dem Hochdruckbereich bewirkt ferner eine schlagartige
Verlagerung des Kolbenschuhes gegen die Gegenfläche und führt damit zu hohen Reibmomentspitzen
zwischen dem Kolbenschuh und der Gegenfläche. Die Folgen sind einerseits ein erhöhter
Verschleiß des Kolbenschuhes sowie der Gegenfläche und andererseits sowohl ein schlechterer
mechanischer als auch ein schlechterer volumetrischer Wirkungsgrad.
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Zusätzliche Beanspruchungen ergeben sich darüber hinaus noch dadurch,
daß beim Druckaufbau am Kolben und Anlage des Kolbenschuhes an der Gegenfläche sowohl
das Material des Kolbens als auch des Pleuels zunächst gestaucht und als zwangsläufige
Folge des Stauchvorganges anschließend wieder entlastet wird, wobei dieser Entlastung
jedoch dann schon die nachfolgende Druckfront entgegentritt. Hiermit ist infolgedessen
ein sehr starker Druckstoß verbunden, der dazu führt, daß die Druckhöhe über die
Betriebsdruckhöhe ansteigt. Die Folge dieser Vorgänge ist ein stetiges Pendeln der
Druckhöhe oberhalb und unterhalb des Betriebsdruckes mit jedoch langsam kleiner
werdenden Ausschlägen in beide Richtungen. Das Pendeln kann sich aber über einen
Verdrehwinkel erstrecken, der durchaus drei Viertel des Weges zwischen dem oberen
und dem unteren Totpunkt betragen kann.
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Kurz vor Erreichen des unteren Totpunktes wird der Zylinderraum infolge
der positiven Überdeckung vom Hochdruckbereich getrennt, so daß sich das im Zylinderraum
eingespannte Arbeitsfluid bei sich noch weiter bewegendem Kolben geringfügig-entspannen
kann, bis der Kolben den unteren Totpunkt erreicht hat-. Anschließend kehrt der
Kolben seine Richtung um und-komprimiert das Arbeitsfluid im Zylinderraum wieder,
ohne daß jedoch aufgrund der positiven Überdeckung sowie der Spätsteuerung schon
eine Verbindung zum Niederdruckbereich hergestellt worden ist. Das Arbeitsfluid
wird folglich nochmals im Zylinderraum auf eine Druckhöhe komprimiert, die den Betriebsdruck
durchaus-erheblich übersteigen kann. Erst=bei der Verbindung mit dem Niederdruckbereich
kann sich das eingespannte Arbeitsfluid dann vö-llig entspannen.
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Die geschilderten Probleme, Mängel und Nachteile sind im-wesentlichen
an einem reversierbaren, hydrostatischen Radial-oder Axialkolbenmotor zu beobachten,
da eine reversierbare, hydrostatische Radial- oder Axialkolbenpumpe bzw. eine nur
für eine Drehrichtung ausgelegte hydrostatische Radial- oder Axialkolbenmaschine
(Pumpe oder Motor) mit relativ einfachen Mitteln so ausgelegt werden können, daß
die beschriebenen Mängel und Nachteile gar nicht erst auftreten.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine reversierbare,
hydrostatische Radial- oder Axialkolbenmaschine, insbesondere jedoch einen reversierbaren,
hydrostatischen Radial- oder Axialkolbenmotor zu schaffen, bei dem beim über gang
vom Niederdruck- zum Hochdruckbereich und umgekehrt weder schlagartige Druckstöße
noch plötzliche Druckminderungen mit den beiden Bauarten des Standes der Technik
vorhandenen Mängeln und den dadurch hervorgerufenen Folgeerscheinungen auftreten.
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Entsprechend der Erfindung kennzeichnet sich die Lösung dieser Aufgabe
dadurch, daß die mit den Uberleitungsöffnungen für das Arbeitsfluid versehene Steuerplatte
in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Maschinenwelle von Hand oder unter der
Einwirkung des am Hochdruckanschluß anstehenden Hochdruckfluids um einen begrenzten
Winkel entgegen der Drehrichtung der Exzentersteuerung bzw. des Zylinderblocks relativ
zum Maschinengehäuse verstellbar ist.
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Dank der erfindungsgemäßen Merkmale ist es nunmehr erstmals möglich,
die mit erheblichen Nachteilen für die Triebwerksteile einer reversierbaren, hydrostatischen
Radial- oder Axialkolbenmaschine, insbesondere aber eines reversierbaren, hydrostatischen
Radial- oder Axialkolbenmotors behafteten Kompressions- und Dekompressionsvorgänge
als Auswirkung der durch fertigungs-, montage- und betriebsbedingten Ungenauigkeiten
notwendigen positiven Überdeckung sowie der Spätsteuerung beim Übergang vom Hochdruckbereich
zum Niederdruckbereich und umgekehrt zu egalisieren. Durch Verlagerung der Steuerplatte
entgegengesetzt zur jeweiligen Drehrichtung der Maschinenwelle und damit auch zur
Drehrichtung der Exzentersteuerung bzw. des Zylinderblocks ist es jetzt jederzeit
in beiden Drehrichtungen der Maschine möglich, einen Druckverlauf zu erzielen, der
beim Übergang vom Niederdruck- zum Hochdruckbereich langsam ansteigt und beim Übergang
vom Hochdruck- zum Niederdruckbereich sich langsam abbaut. Bereits vor dem oberen
Totpunkt wird der Zylinderraum vom Niederdruckbereich getrennt und es kommt zu einer
Kompression des Arbeitsfluids, bis der Hochdruck erreicht ist. Im günstigstenFall
erfolgt das direkt im oberen Totpunkt, wo exakt die Verbindung zum Hochdruckbereich
hergestellt wird, so daß kein Druckstoß auftritt. Auch vor Erreichen des unteren
Totpunktes wird der Zylinderraum
vom Hochdruckbereich wieder getrennt,
so daß die Dekompression des Arbeitsfluids genau im unteren Totpunkt beendet ist.
Es wird also neben einem druckstoßfreien Betrieb der erfindungsgemäßen Maschine
und der dadurch erheblich gesenkten Lärmbelästigung darüber hinaus der Vorteil erzielt,
daß keine Fluidkompressionsverluste auftreten.
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Die Verdrehung der Steuerplatte entgegengesetzt zur Drehrichtung
der Maschinenwelle kann nach der Erfindung dann von Hand durchgeführt werden, wenn
die Drehrichtung der betreffenden Maschine nur sehr selten geändert werden muß.
Die Verstellung der Steuerplatte unter der Einwirkung des am Elochdruckanschluß
anstehenden Hochdruckfluids wird indessen dann bewirkt, wenn die Maschine ihre Drehrichtung
häufiger wechseln soll. Insofern wird eine automatische Steuerzeitanpassung an die
Drehrichtung herbeigeführt. Dabei ist es in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Gedankens selbstverständlich denkbar, auch noch zusätzlich eine Anpassung des Steuerzeitpunktes
an den Betriebsdruck oder an andere für den Betrieb einer Radial-oder Axialkolbenmaschine
wichtig ermittelte Parameter vorzunehmen.
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Damit eine exakte Verlagerung der Steuerplatte gewährleistet ist,
sieht die Erfindung ferner vor, daß die Drehachse der Steuerplatte mit der Drehachse
der Maschinenwelle übereinstimmt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gedankens
ist der im Maschinengehäuse mit geringfügigem Drehspiel gelagerten Steuerplatte
ein mit definierbarer Toleranz in eine Ausnehmung des Maschinengehäuses eingreifender
Anschlagzapfen
zugeordnet, welcher in beide Drehrichtungen der
Steuerplatte unter der Einwirkung von Stellkolben steht.
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Der Anschlagzapfen erstreckt sich dabei vorzugsweise parallel zu
der Längsachse der Maschinenwelle. Durch entsprechende Bemessung des Durchmessers
des Anschlagzapfens und des Durchmessers der Ausnehmung im Maschinengehäuse kann
der Verdrehwinkel der Steuerplatte in beide Richtungen exakt definiert werden. Mit
Hilfe der in beide Drehrichtungen der Steuerplatte an den Anschlagzapfen angreifenden
Stellkolben kann der Anschlagzapfen dann mechanisch von Hand oder durch den Druck
des Hochdruckfluids bei Drehrichtungsänderung in die entsprechende Richtung verlagert
werden. Im letzteren Zusammenhang ist es dann gemäß der Erfindung zweckmäßig, daß
die Rückseiten der Stellkolben jeweils mit einem der Anschlüsse für das Arbeitsfluid
verbunden sind. Dadurch ist gewährleistet, daß jeweils derjenige Stellkolben eine
Verlagerung des Anschlagzapfens und damit eine Verdrehung der Steuerplatte herbeiführt,
der von dem jeweils höheren Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird.
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Die Heranführung des jeweils unter Hochdruck stehenden Arbeitsfluids
an die Rückseiten der Stellkolben erfolgt über Kanäle, die lediglich durch Bohrungen
in den Wandungen des Maschinengehäuses hergestellt sind. Nicht benutzte Bohrungsmündungen
sind durch Verschlußstopfen versperrt. Das Vorteilhafte an dieser Anordnung ist,
daß keine weiteren Regel- oder Steuerorgane vorgesehen werden müssen. Es ist nur
sicherzustellen, daß die Zuführkanäle zu den Stellkolben exakt mit beiden Druckbereichen
verbunden sind, und zwar unabhängig davon, ob es sich um eine Radial- oder um eine
Axialkolbenmaschine handelt.
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Um unnötige Schwingungen im System zu vermeiden, sieht die Erfindung
ferner vor, daß die Rückseite der Stellkolben
federbeaufschlagt
ist. Die Federkraft ist gering und nur so stark bemessen, daß die Stellkolben immer
an dem Anschlagzapfen anliegen, -Jedoch keine Verlagerung der Steuerplatte durchführen
können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform -der Erfindung kennzeichnet
sich dadurch, daß die Axiallage der Stellkolben durch Arretierbolzen veränderbar
ist. Mit Hilfe dieser Arretierbolzen, die bevorzugt durch axial festlegbare Schraubbolzen
gebildet sind, känn mithin jede einzelne Radial- oder Axialkolbenmaschine individuell
in beide Drehrichtungen auf den jeweiligen Steuerzeitpunkt exakt eingestellt werden.
Dadurch können Fehler bei der Fertigung-einer Maschine ausgeglichen werden und es
sind auch gröbere Toleranzen bei der-Fertigung zulässig. Es ist folglich eine wirtschaftlichere
Hersteliung möglich.
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In Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich ein anderes zweckmäßiges
Merkmal dadurch, daß die Steuerplatte eben sowie relativ dünn ausgebildet ist und
gegen eine Planfläche des Maschinengehäuses anliegt. Bei dieser Ausführungsform
wird also auf gummielastische Dichtelemente verzichtet.
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Die Erfindung hat erkannt, daß gummielastische Dichtelemente zwischen
dem-Hochdruck- und dem Niederdruckbereich keine relevante Verringerung mehr der
bei richtig gewählten Andruckverhältnissen ohnehin geringen Leckströme bewirken.
Die Vermeidung von gummielastischen Dichtelementen, wie z.B. von O-Ringen, führt
dadurch zu einer Verringerung der Herstellungs- und Montagekosten.
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Nach der Erfindung ist die Steuerplatte aus Stahl gebildet.- Eine
solche Stahlplatte stellt gegenüber dünnen Steuerplatten
aus Buntmetallegierungen
deshalb eine Verbesserung dar, weil sie aus Materialkostenersparnis und der besseren
Bearbeitbarkeit - es ist z.B. eine Magnetaufspannung beim Schleifen möglich - erheblich
kostengünstiger hergestellt werden kann.
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Außerdem ist Stahl im Vergleich zu einem Buntmetall, insbesondere
einer aluminiumhaltigen Legierung, weniger kavitationsanfällig und außerdem ein
geringerer Katalysator für die ölalterung, beispielsweise im Vergleich zu Bronze.
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Von Vorteil ist es nach der Erfindung darüber hinaus, daß die gehäuseseitige
Planfläche der Steuerplatte nicht gehärtet und die der Exzentersteuerung bzw. dem
Zylinderblock zugewendete Planfläche gehärtet, bevorzugt nitriergehärtet, ist.
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Die beiden Seiten der Steuerplatte haben unterschiedliche Aufgaben
zu erfüllen. Da die der Exzentersteuerung bzw. dem Zylinderblock zugewendete Planfläche
eine nur geringe Reibung und einen geringen Verschleiß haben soll, wird diese gehärtet,
bevorzugt nitriergehärtet. Die gegenüberliegende gehäuseseitige Planfläche wird
jedoch nur über geringe Wege bewegt, nämlich nur bei einem Wechsel der Drehrichtung
der Maschine. Diese Planfläche soll in erster Linie gut abdichten, wobei ein wechselseitiges
geringfügiges Eingraben der Drehriefen von Maschinengehäuse und Steuerplatte durchaus
erwünscht und von Vorteil sein kann.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 die Steuereinrichtung einer hydrostatischen Radialkolbenmaschine
im axialen Längsschnitt gemäß der Linie I - I der Fig. 2;
Fig.
2 einen Querschnitt durch die Steuereinrichtung gemäß der Linie II - II der Fig.
1; Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Steuereinrichtung gemäß der Linie III - III
der Fig. 2; Fig. 4 einen Ausschnitt der Steuereinrichtung im Längsschnitt gemäß
der Linie IV - IV der Fig. 2; Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Steuereinrichtung
etwa gemäß dem der Fig. 3, der eine weitere Möglichkeit der Fluid zuführung zu den
Stellkolben zeigt; Fig. 6 einen Querschnitt durch die Steuereinrichtung der Fig.
1, etwa entsprechend der Linie II - II mit einer weiteren Ausführungsform der Verstelleinrichtung
für die Steuerplatte und Fig. 7 einen Querschnitt durch eine Axialkolbenmaschine
mit einer Ansicht auf den Steuerspiegel.
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In den Fig. 1 bis 5 ist mit 1 das Gehäuse einer Radialkolbenmaschine
bezeichnet. Das Gehäuse ist endseitig mit einer topfartigen Ausnehmung 2 zur Aufnahme
einer Steuereinrichtung 3 versehen. Der Boden der Ausnehmung wird von einer relativ
dünnen Steuerplatte 4 aus Stahl gebildet, die mit einem nur geringen Bewegungsspiel
in eine bodenseitige Vertiefung 5 der Gehäuseausnehmung 2 eingepaßt ist. Die Steuerplatte
ist mit einem Anschlagzapfen 6 versehen, der parallel zur Längsachse 7 der Maschine
ausgerichtet ist und mit definierter Toleranz in eine Ausnehmung 8 des Maschinengehäuses
1 eingreift.
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Die Steuerplatte 4 besitzt Überleitungsöffnungen 9, in die die zu
den nicht näher dargestellten Zylinderräumen der Radialkolbenmaschine führenden
Steuerkanäle 10 münden. Ferner weist die Steuerplatte eine zentrale Bohrung 11 auf,
die von der
Maschinenwelle 12 mit großem Spiel durchsetzt wird.
Die der Ausnehmung 2 zugewendete Steuerfläche 13 der Steuerplatte ist plangeschliffen
und nitriergehärtet. Die dem Maschinengehäuse 1 zugewendete Planfläche 14 der Steuerplatte
ist nicht gehärtet.
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Der über die Steuerplatte 4 in die Ausnehmung 2 hineinragende Abschnitt
15 der Maschinenwelle 12 ist im Querschnitt als Vierkant ausgebildet. Auf diesen
Vierkant ist eine etwa doppelt so dick wie die Steuerplatte bemessene Exzenterscheibe
16 mit einem zur Steuerplatte vorstehenden Axialflansch 17 drehfest aufgesetzt.
Die der Steuerfläche 13 zugewendete Stirnfläche 18 des Axialflansches ist als plane,
kreisringförmige Andruckfläche gestaltet. Die Andruckfläche wird einerseits von
dem Außenumfang des Axialflansches und andererseits von einer zentralen Vertiefung
19 im Axialflansch begrenzt. Die Länge des Axialflansches entspricht etwa der Dicke
der Exzenterscheibe.
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Der Axialflansch kann Jedoch auch wesentlich kürzer bemessen sein.
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In koaxialer Verlängerung des Axialflansches 17 ist die Exzenterscheibe
16 mit einer kreisrunden Ausnehmung 20 versehen, deren Tiefe etwa der Dicke der
Exzenterscheibe entspricht. In diese Ausnehmung greift mit Gleitspiel der zylindrische
Fortsatz 21 eines Dichtkörpers 22 ein, welcher auf den vierkantigen Endabschnitt
15 der Maschinenwelle 12 zwar drehfest aufgesetzt, jedoch gegenüber der Exzenterscheibe
axial verlagerbar ist. Die Abdichtung des zylindrischen Fortsatzes gegenüber der
Ausnehmung 20 in der Exzenterscheibe 16 wird durch eine Ringdichtung 23 bewirkt,
die in einer Radialnut 24 der Exzenterscheibe eingebettet ist.
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Der Dichtkörper 22 besitzt einen gegenüber denjzylindri schen Fortsatz
21 im Durchmesser vergrößerten Endabschnitt 25,
dessen Stirnseite
als kreisringförmige plane Dichtfläche 26 ausgebildet ist. Die Dichtfläche wird
einerseits von dem Außenumfang des Endabschnittes 25 und andererseits von einer
zentralen Vertiefung 27 im Dichtkörper begrenzt. Zwischen dem Endabschnitt des Dichtkörpers
und der Exzenterscheibe 16 ist ein Spreizmittel in Form eines relativ schwachen
Federelementes 28 angeordnet. Die Federkraft des Spreizmittels ist so bemessen,
daß die Andruckfläche 18 des Axialflansches 17 und die Dichtfläche 26 des Dichtkörpers
22 auch bei geringen Fluiddrücken bzw. im drucklosen Zustand mit ausreichendem Andruck
an der Steuerfläche 13 bzw. an einer Stützfläche 29 des Gehäuses 1 anliegen.
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Die vorerwähnte StÜtzfläche 29 wird durch die plane Oberfläche eines
in die Ausnehmung 2 eingesetzten scheibenartigen Druckblocks 30 gebildet. In Richtung
auf die endseitige öffnung der Ausnehmung ist der Druckblock durch einen Spannring
31 festgelegt. Die Abdichtung des Druckblocks gegenüber der Gehäusewandung 32 wird
durch Ringdichtungen 33 bewirkt, die in entsprechend gestaltete Radialnuten 34 im
Druckblock eingebettet sind.
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Die Exzenterscheibe 16 weist mehrere Axialbohrungen 35 auf, die im
inneren Ringraum 36 den Durchtritt des Arbeitsfluids durch die Exzenterscheibe zu
einem Ringkanal 37 ermöglichen, der im Druckblock 30 eingearbeitet ist. An den Ringkanal
schließen sich rückwärts Überleitungsbohrungen 38 an, die zu einem Ringkanal 39
am Außenumfang des Druckblocks führen, der mit einem Druckanschluß 40 im Maschinengehäuse
1 in Verbindung steht.
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Der Druckanschluß ist insbesondere aus den Fig. 3 und 5 erkennbar.
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Die Exzenterscheibe 16 steht mit ihrem gesamten Außenumfang in gleitendem
Kontakt mit dem Innenumfang eines inneren Steuerrings 41. Dieser innere Steuerring
ist in einem äußeren Steuerring 42 teleskopartig und dichtend geführt. Die Dichtung
besteht aus einer Ringdichtung 43 zwischen zwei Absätzen der beiden Steuerringe.
Der äußere Steuerring bildet mit dem Innenumfang der Ausnehmung 2 einen äußeren
Ringraum 44, der mit dem anderen Druckanschluß 45 für das Arbeitsfluid (ebenfalls
aus den Fig. 3 und 5 erkennbar) in Verbindung steht.
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Die beiden mit Bezug auf die Querschnittsebene der Exzenterscheibe
16 voneinander abgewendeten freien Stirnflächen der Steuerringe 41, 42 stehen in
gleitendem Kontakt einerseits mit der Steuer fläche 13 an der Steuerplatte 4 und
andererseits mit der Stützfläche 29 am Druckblock 30. Zwischen den Steuerringen
ist ein Federelement 46 vorgesehen, das sie axial auseinander und gegen die beiden
vorerwähnten Flächen drückt. Im vorgespannten Zustand ist die axiale Baulänge der
beiden Steuerringe 41, 42 gleich der axialen Baulänge der Exzenterscheibe 16 einschließlich
Axialflansch 17 zuzüglich des Dichtkörpers 22 bemessen.
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Aus der Fig. 2 ist erkennbar, daß der mit der Steuerplatte 4 fest
verbundene und radial weit nach außen gegenüber der Drehachse der Maschinenwelle
12 versetzte zylindrische Anschlagzapfen 6 in beiden Drehrichtungen der Maschinenwelle
von zwei Stellkolben 47, 48 beaufschlagt wird, die in einer Bohrung 49 des Maschinengehäuses
1 mit Gleitspiel eingesetzt sind. Die Stellkolben sind federbeaufschlagt, wobei
die am Stellkolben 48 anliegende Schraubendruckfeder 50 mit schwacher Federkraft
sich im inneren Endabschnitt 51 der Gehäusebohrung 49 und die an dem anderen Stellkolben
47 anliegende Schraubendruckfeder
52 sich mit ebenfalls schwacher
Federkraft an einem Verschlußstopfen 53 abstützt, der in den endseitigen Gewindeabschnitt
54 der Gehäusebohrung eingedreht ist. Durch die Schraubendruckfedern werden-die
Stellkolben in Anlage am Anschlagzapfen gehalten.
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Ferner ist aus Fig. 2 erkennbar, daß in die die Schraubendruckfedern
50 und 52 aufnehmenden Längenabschnitte der Gehäusebohrung 49 auf der Rückseiteder
Stellkolben 47 und 48 Fluidzuführkanäle 55 und 56 münden (s. hierzu auch die Fig.
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3 und 4). Über diese Fluidzuführkanäle können folglich die Rückseiten
der Stellkolben entweder aus dem äußeren oder aus dem inneren Ringraumm 44 bzw.
36 in Abhängigkeit von der Drehrichtung mit Druck beaufschlagt werden5 d.h. in Abhängigkeit
davon, welcher Ringraum mit Hochdruck beaufschlagt ist.
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Wird -folglich einer der beiden Stellkolben 47 oder 48 mit Druck
beaufschlagt, so erfolgt eine Verlagerung des Anschlagzapfens 6, bis sein Außenumfang
an dem Innenumfang der Ausnehmung 8 zur Anlage kommt. Die fest mit dem Anschlagzapfen
verbundene Steuerplatte 4 wird dabei um einen Winkel aus ihrer Mittellage bewegt,
der sich aus der halben Differenz des Durchmessers der Bohrungsausnehmung 8 zum
Durchmesser des Anschlagzapfens 6 ergibt.
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Eine exaktere Darstellung der Fluidzuführung zeigen die Fig. 3 und
4. Man erkennt, daß der .Stellkolben 47 dann mit Hochdruck beaufschlagt wird, wenn
dieser im äußeren Ringraum 44 ansteht. Das Arbeitsfluid gelangt dann über den Kanal
56 unmittelbar auf die Rückseite des Stellkolbens 47 in den durch den Verschlußstopfen
53, den Stellkolben 47 und die Bohrung 49 gebildeten Raum. Aus Fig. 4 ist zu erkennen,
daß das Hochdruckfluid
aus dem inneren Ringraum 36 über die Kanäle
57 und 55 auf die Rückseite des Stellkolbens 48 gelangen kann. Bei gemeinsamer Betrachtung
der Fig. 2, 3 und 4 wird erkennbar, daß der Kanal 57 außermittig dort über die Steuerplatte
4 in den inneren Ringraum 36 mündet, wo es nicht zu einem Verschluß der Mündung
dieses Kanals durch den inneren Steuerring 41 kommt.
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Die in der Fig. 5 dargestellte Ausführungsform zeigt eine andere
Möglichkeit, wie der Stellkolben 48 mit dem Hochdruckfluid aus dem inneren Ringraum
36 versorgt werden kann.
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Die Fluidzuführung erfolgt hier über drei in die Wandung 32 des Gehäuses
1 eingebrachte Kanäle 58, 59, 60, die nach außen durch Verschlußstopfen 61 verschlossen
sind. Der Kanal 58 steht dabei mit dem Ringkanal 39 in Verbindung, der über die
Überleitungsbohrungen 38 und dem Ringkanal 37 Verbindung mit dem inneren Ringraum
36 hat.
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Bei der Ausführungsform der Fig.6, bei der das Maschinengehäuse 1
eine etwas andere Querschnittsform hat als bei der Ausführungsform der Fig. 1 bis
5, erfolgt die Verdrehung der Steuerplatte 4 nicht durch eine vorher konstruktiv
festgelegte Ausbildung des Anschlagzapfens 6 und der Ausnehmung 8 wie bei der Ausführungsform
der Fig. 1 bis 5. Bei dieser Ausführungsform kann vielmehr mit Hilfe von zwei durch
Schraubbolzen gebildete Arretierbolzen 62, 63 sowie den Arretierbolzen zugeordnete
Kontermuttern 64, 65 der Verdrehungswinkel für die Steuerplatte für beide Drehrichtungen
getrennt optimal eingestellt werden. Die Kontermuttern liegen hierbei in entsprechend
gestalteten Ausnehmungen 66 des Maschinengehäuses.
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In der gezeichneten Situation ist der Stellkolben 47 über den Kanal
56 mit dem Hochdruckfluid beaufschlagt. Der Anschlagzapfen
6 ist
dadurch um einen bestimmten Betrag aus der Mitte verlagert worden, und zwar so weit,
bis der über die Schraubendruckfeder 50 an den Anschlagzapfen angedrückte Stellkolben
48 mit seiner Rückseite mit einer Nase 67 des Arretierbolzens 62 in-Kontakt gelangt.
Auch der gegenüberliegende Arretierbolzen 63 weist eine entsprechende Nase 67 auf.
Die Abdichtung der Arretierbolzen erfolgt über Dichtelemente 68.
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Die Art der Zuführung des Hochdruckfluids zu den Stellkolben entspricht
der, die anhand der Fig. 3 bzw. 5 erläutert worden ist.
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Die Fig. 7 verdeutlicht die Erfindung in Anwendung auf eine Axialkolbenmaschine
mit rotierendem Zylinderblock und einem Steuerspiegel 69 mit nierenförmigen Steuernuten
70, 71. Der Zylinderblock ist lediglich durch die strichpunktiert eingezeichneten
Mündungen 72 der zu den Zylinderräumen führenden Steuerkanäle veranschaulicht. Die
Verbindung der Zylinderräume mit dem Niederdruck-bzw. mit dem Hochdruckbereich erfolgt
bei einer solchen Bauart über diese Mündungen, die dann beim Drehen des Zylinderblocks
alternierend mit der Druckniere, beispielsweise 70, und der Saugniere, beispielsweise
71, in Verbindung gelangen. Man erkennt aus der Fig. 7 ferner, daß die Nuten 70,
71 über Kanäle 73, 74 mit den Druckanschlüssen 75, 76 des Maschinengehäuses 1' in
Verbindung stehen. Die Nuten bilden Bestandteil einer Steuerplatte 4', die über
einen Verstellmechanismus 77 gegenüber dem Maschinengehäuse 1' drehrichtungsabhängig
verdreht werden kann.
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Zu diesem Zweck besitzt auch dieser Verstellmechanismus 77 einen
mit der Steuerplatte 4' fest verbundenen Anschlagzapfen 6', der in eine entsprechend
bemessene Bohrung 8' des Gehäuses 1' mit definierter Toleranz eingreift. Am Anschlagzapfen
liegt
in beiden Verstellrichtungen der Steuerplatte je ein Stellkolben 47' 48' die mit
Gleitspiel in eine Bohrung 49' des Gehäuses eingesetzt sind. Die Stellkolben sind
federbeaufschlagt. Die Feder 50' stützt sich an der Rückseite des Stellkolbens 48t
md im Tiefsten der Bohrung 49t und die Feder 52' an der Rückseite des Stellkolbens
47' und an einem Stopfen 78 ab, der in den Gewindeendabschnitt 54 t der Bohrung
49' eingesetzt ist.
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Die Beaufschlagung des Stellkolbens 47' erfolgt über zwei Kanäle
79, 80 aus dem Druckanschluß 75, wobei der Stopfen 78 eine zentrale Durchgangsbohrung
81 aufweist. Der Endabschmitt der Bohrung 49' ist mit einem Verschlußstopfen 53
t versehen.
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Auch die außenseitigen Mündungen der Kanäle 79 und 80 sind durch Verschlußstopfen
82 versperrt.
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Der andere Stellkolben 48' wird über drei Kanäle 83, 84, 85 aus dem
Druckanschluß 76 mit Hochdruckfluid versorgt. Auch hierbei sind die Endabschnitte
der Kanäle durch Verschlußstopfen 82 abgedichtet.
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Auch die Ausführungsform der Fig. 7 kann einen Verstellmechanismus
aufweisen, der der Ausführungsform der Fig. 6 entspricht.