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Hydrostatische Radialkolbenmaschine
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Die Erfindung richtet sich auf eine hydrostatische Radialkolbenmaschine
gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine derartige Radialkolbenmaschine zählt durch die DE-PS 22 03 054
zum Stand der Technik. Bei ihr kann der Stellungsgeber aus einem Ventilschließkörper
sowie einer Druckfeder bestehen. Die Druckfeder stützt sich am Exzenterring ab und
preßt den Ventilschließkörper auf den Dichtsitz eines hydraulisch beaufschlagbaren
Ventils. Der Ventilschließkörper kann unter den Druck eines Hydraulikfluids gestellt
werden, das über eine Drehdurchführung in den Exzenter geleitet wird. Über die zum
Öffnen des Ventils gegen die Rückstellkraft der Feder aufzuwendende Kraft kann die
Exzentrizität des Exz.enterrings ermittelt werden. Die Kenntnis der jeweiligen Exzentrizität
ist in der Praxis z. B. bei Krananlagen erwünscht. Hier ist man bestrebt, einen
Hubvorgang möglichst mit der maximalen Exzentrizität einzuleiten, um stets die größte
Hubkraft zur Verfügung zu haben, und zwar unabhängig davon, ob eine Last gehoben
oder gesenkt werden soll.
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Der bekannte Stellungsgeber weist jedoch eine Reihe von Nachteilen
auS. Ein Nachteil besteht darin, daß für die Überführung des die Verstellkraft aufbringenden
Fluiddrucks in den Exzenter eine zusätzliche Drehdurchführung neben denjenigen Drehdurchführungen
erforderlich ist, die das Arbeitsmedium in die Arbeitsräume zwischen dem Exzenter
und dem Exzenterring leiten. Da eine solche Drehdurchführung zwangsläufig immer
unter Druck steht, ist hiermit eine zusätzliche Leckage sowie ein höherer Verschleiß
aufgrund Reibung verbunden. Darüberhinaus ist es erforderlich, eine Hilfsenergie
in Form hydraulischer Leistung mit dem damit verbundenen zusätzlichen gerätetechnischen
Aufwand einzusetzen, um den Fluiddruck gegen die Rückstellkraft der auf den Schließkörper
einwirkenden Feder aufzubauen.
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Nun wäre es zwar denkbar, die Exzentrizität dadurch festzustellen,
daß eine Quotientenermittlung des gemessenen größten Drehmoments und des Fluiddrucks
einerseits bzw. alternativ hierzu der Drehzahl und des Volumenstroms andererseits
durchgeführt wird. Für eine solche Berechnung ist aber ein Volumenstrom erforderlich.
Das bedeutet, daß die Ermittlung der Exzentrizität nur während des Betriebs durchgeführt
werden kann.
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Im Stillstand der Radialkolbenmaschine ist eine solche Feststellung
ausgeschlossen. Dies ist mit dem Nachteil verbunden, daß bei der Einleitung eines
Hubvorgangs, z. B. bei einem Kran, nicht sichergestellt werden kann, daß in diesem
Moment auch tatsächlich die maximale Exzentrizität vorhanden ist und damit die größte
Hubkraft zur Verfügung steht.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die im Oberbegriff
des Anspruchs 1 beschriebene Vorrichtung so zu verbessern, daß unter Verzicht auf
eine hydraulische Hilfsenergie
sowie bei vermindertem Bauaufwand
die Exzentrizität sowohl während des Betriebs als auch im Stillstand einwandfrei
festgestellt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.
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Dadurch, daß der Geberkolben und der Nehmerkolben über eine hydraulische
Säule in der die Radialbohrung mit der Axialbohrung verbindenden Kanalanordnung
quasi aneinander abgestützt sind und der Geberstößel permanent am Exzenterring anliegt,
kann dessen Position und damit die Exzentrizität über die Axiallage des Nehmerkolbens
endseitig der Maschinenwelle nunmehr exakt ermittelt werden. Dieser Vorteil ist
unabhängig davon erreichbar, ob die Radialkolbenmaschine in Betrieb ist oder steht.
Auf diese Weise kann ein Hubvorgang jetzt stets mit der größten Hubkraft eingeleitet
werden, da die momentane Exzentrizität immer problemlos festgestellt und zur Einleitung
des Hubvorgangs die maximale Exzentrizität herbeigeführt werden kann.
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Ein Betreiber ist folglich in der Lage, in jeder Betriebssituation
die jeweilige Exzentrizität zu ermitteln und bei Bedarf entsprechend seinen Wünschen
zu ändern. Hierzu benötigt er im Vergleich zu dem bekannten Stellungsgeber keine
Hilfsenergie mehr.
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Auch entfällt der damit verbundene gerätetechnische Aufwand.
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Ferner ist keine Drehdurchführung mit den ihr anhaftenden Nachteilen
in Bezug auf Leckage, Reibung und erschleiß mehr notwendig. Über den Geberkolben
und die hydraulische Säule wird der Nehmerkolben exakt verlagert. Hierbei ist es
wichtig, daß insbesondere die beiden Endlagen einwandfrei fixierbar sind. Dadurch
ist ein genauer Meßabgriff hinsichtlich der momentanen Position des Nehmerkolbens
gewährleistet. Der eßabgriff selber kann mechanisch, optisch, elektrisch oder in
kombinierter Weise durchgeführt werden.
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Zur sicheren Endlagenbestimmung ist es wichtig, daß stets eine hydraulische
Säule zwischen dem Geberkolben und dem Nehmerkolben vorhanden ist. Dies wird durch
die Merkmale des Anspruchs 2 sichergestellt. Bei Annäherung an die maximale Exzentrizität
zieht der Geberkolben Hydraulikfluid aus dem Leckraum über das Rückschlagventil
nach, wobei der Nehmerkolben unter dem Einfluß der auf ihn lastenden Feder bis zu
einem festen Anschlag verlagert wird, der bei Meßabgriff gleichbedeutend mit der
maximalen Exzentrizität ist. Ein Teil des in der Kanalanordnung befindlichen Fluids
wird dabei über die Radialbohrung am Geberkolben vorbei in den Leckraum ausgeschoben.
Auch im Bereich der minimalen Exzentrizität ist die Kanalanordnung im Bereich des
Nehmerkolbens mit dem Leckraum verbunden, so daß auch in diesem Fall eine sichere
Erkennung der Endlagenposition gewährleistet ist.
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Das Rückschlagventil kann in diverser Weise in die Maschinenwelle
integriert werden. Eine Ausführungsform besteht in den Merkmalen des Anspruchs 3.
Der Vorteil der axialen Anordnung kann bei hohen Drehzahlen der geringere Einfluß
der Fliehkräfte auf den Offnungs- bzw. auf den Schließdruck des Rückschlagventils
sein.
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Steht hingegen bei bestimmten Bauarten von Radialkolbenmaschinen
(Pumpe oder Motor) ein nur geringer Einbauraum zur Verfügung, können die Merkmale
des Anspruchs 4 zweckmäßig sein.
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Das Rückschlagventil kann sowohl bei axialer als auch bei radialer
Anordnung direkt in die Maschinenwelle eingebaut sein. Vorteilhafter sind hingegen
die Merkmale des Anspruchs 5. Die Patronenbauweise vermindert das Fertigungsrisiko
der herstellungsaufwendigen Maschinenwelle.
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Die Anlage des Geberstößels am Exzenterring kann durch die Merkmale
des Anspruchs 6 sichergestellt werden. Hierbei wird gewissermaßen eine Tastanordnung
geschaffen, bei welcher sich der Geberstößel immer an der momentanen Position des
Exzenterrlngs orientiert. Die auf den Geberstößel einwirkende Federkraft ist in
diesem Zusammenhang derart auf die Schließkraft des Rückschlagventils abgestfmmt,
daß das Rückschlagventil im Bereich der maximalen Exzentrizität auch einwandfrei
aufgesteuert wird.
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Statt Federandruck kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs
7 der Geberstößel mit dem Exzenterring im Mitnahmesinne gelenkig verbunden sein.
Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, daß der Geberstößel mit einem kugelförmigen
Endabschnitt in eine entsprechende Ausnehmung des Exzenterrings form-und kraftschlüssig
eingesetzt wird. Maßnahmen zur Lagerung einer Feder entfallen dann.
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Der Geberstößel kann zusammen mit dem ihm zugeordneten Geberkolben
- ähnlich wie bei dem Rückschlagventil - unmittelbar in die Radialbohrung der Maschinenwe-lle
eingebaut werden. Entsprechend den Merkmalen des Ansprucbs 8 ist es aber auch denkbar,
daß zur Verminderung des Fertigungsrisikos der Maschinenwelle die Patronenbauweise
angewendet wird.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellungsgebers
besteht in den Merkmalen des Anspruchs 9. Hierbei ist der Federraum über den axialen
Durchlaß am Bund des Geberstößels stets mit dem Maschinenleckraum verbunden. Der
in die Radialbohrung eintauchende Geberkolben verhindert so lange einen Übertritt
von Hydraulikfluid aus der Radialbohrung in die Erweiterung und damit in den Leckraum,
wie sich der Dichtring
in der Radialbohrung außerhalb des Einflußbereichs
der Fase befindet. In der Nähe der maximalen Exzentrizität gleitet dann der Dichtring
in die Fase hinein, so daß die Radialbohrung mit der Erweiterung verbunden wird.
Das Hydraulikfluid wird in den Leckraum ausgeschoben, bis der Nehmerkolben am Endanschlag
in der Axialbohrung zur Anlage kommt. Hat, z. B. wenn die Anordnung noch nicht vollständig
entlüftet ist, der Nehmerkolben seine federentspannte Endstellung bereits erreicht,
bevor der Geberkolben eine Verbindung zum Leckraum schafft, zieht der Geberkolben
über das Rückschlagventil die zur Aufrechterhaltung der hydraulischen Säule notwendige
Menge Fluid aus dem Leckraum nach.
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Eine weitere Ausführungsform des Stellungsgebers ist in den Merkmalen
des Anspruchs 10 gekennzeichnet. In diesem Fall ist die Verbindung der Radialbohrung
mit dem Leckraum so lange unterbrochen, wie sich der Geberkolben mit dem Dichtring
noch zwischen der Radialbohrung und der Querbohrung der Kammer befindet. In der
Nähe der maximalen Exzentrizität überfährt der Dichtring jedoch die Querbohrung
und gibt damit dem Hydraulikfluid in der Kammer den Weg zum Leckraum frei. Die Quernut
und die Längsnut sind zweckmäßig am exzenterringseitigen Ende der Patrone angeordnet.
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Die Ausführungsform eines Stellungsgebers gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 11 verzichtet im Vergleich zu der des Anspruchs 10 auf die Patronenbauweise.
Der Geberkolben ist mit seinem Dichtring unmittelbar in der Radialbohrung abgestützt.
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Dem Geberkolben ist jedoch ein Bund vorgelagert, wobei zwischen dem
Geberkolben und dem Bund ein Ringkanal vorgesehen und über eine Axialnut im Bund
mit der Radialbohrung permanent verbunden ist. Die in den Leckraum mündende Verbindungsbohrung
ist im Bereich des exzenterringseitigen Endes der Radialbohrung vorgesehen. Somit
verhindert der Geberkolben so lange einen Übertritt des Hydraulikfluids aus der
Radialbohrung in den Leckraum, wie
sich der Geberkolben zwischen
der Radialbohrung und der Verbindungsbohrung zum Leckraum befindet. Im Bereich der
maximalen Exzentrizität überfährt der Dichtring die Verbindungsbohrung und eröffnet
dem Hydraulikfluid in der Kanalanordnung dadurch die Möglichkeit, unter dem Einfluß
der auf den Nehmerkolben einwirkenden Feder in den Leckraum zu strömen, so daß der
Nehmerkolben bis zum Anschlag in der Axialbohrung verlagert werden kann.
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Im Gegensatz zu den Ausführungsformen der Ansprüche 9 bis 11 ist
bei der Ausführungsform eines Stellungsgebers der Merkmale des Anspruchs 12 die
den Geberstößel an den Exzenterring drückende Feder über die Erweiterung hinaus
in den Bereich zwischen dem Exzenter und dem Exzenterring geführt. Der Stößelbund
befindet sich in Anlage am Exzenterring. Ein Überströmen des Hydraulikfluids aus
der Radialbohrung in die Erweiterung und von dieser in den Leckraum wird bei dieser
Ausführungsform.
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so lange verhindert, wie sich der Geberkolben mi.t dem Dichtring in
dem der Erweiterung abgewendeten Längenbereich der Radialbohrung befindet. Überfährt
der Dichtring die Ringnut, kann Hydraulikfluid über die Ringnut und die zu der Radlalbohrung
parallele Stichbohrung in die Erweiterung und damit in den Leckraum übertreten.
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Unter Anwendung der Ausführungsform eines Stellungsgebers gemäß den
Merkmalen des Anspruchs 13, bei welcher der Geberstößel entweder durch eine Feder
an den Exzenterring gedrückt oder mit di.esem im Mitnahmesinne formschlüssig verbunden
sein kann, wird der Übertritt des Hydraulikfluids aus der Radialbohrung in die Erweiterung
so lange verhindert, wie sich der im Durchmesser verringerte Endabschnitt des Geberkolbens
in dem der
Erweiterung abgewandten Längenbereich der Radialbohrung
befindet. Tritt dann dieser Endabschnitt in die Erweiterung ein, kann das Hydraulikfluid
aus der Radialbohrung über den Ringspalt zwischen dem Geberkolben und der Wand der
Radialbohrung in die Erweiterung und damit in den Leckraum strömen.
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Bei dem Stellungsgeber gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14, bei
welchem wie bei der Ausführungsform des Anspruchs 13 der Geberstößel durch eine
Feder an den Exzenterring gedrückt oder mit dem Exzenterring im Mitnahme sinne verbunden
sein kann, ist der Übertritt des Hydraulikfluids aus der Radialbohrung in die Erweiterung
so lange unterbunden, wie sich der Winkelkanal in der Radialbohrung knapp unterhalb
des Dichtrings befindet. Der Winkelkanal weist einen axialen Längenabschnitt und
einen dazu quer gerichteten Längenabschnitt auf. Überfährt der quer gerichtete Längenabschnitt
den Dichtring, wird die Radialbohrung mit der Erweiterung verbunden, so daß das
Hydraulikfluid zum Leckraum strömen kann.
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TorteilhaSt kann auch ein Stellungsgeber entsprechend den Merkmalen
des Anspruchs 15 sein. in diesem Fall ist eine Ventilanordnung vorgesehen, welche
einen Ubertritt des Hydraulikfluids aus der Radialbohrung In die Erweiterung so
lange verhindert, wie der Schließkörper mit einem Dichtring an den Boden der Erweiterung
gedrückt ist. Der Andruck erfolgt zweckmäßig durch eine Feder, welche sich einerseits
am Schließkörper und andererseits an einem Ring abstützt, der in eine Nut des Geberstößels
eingesetzt ist. In der vom Boden abgehobenen Endlage liegt der Schließkörper an
einem Bund am Geberstößel oberhalb der Axialnut an. Die Abdichtung zwischen dem
Schließkörper und
dem Geberstößel wzrd durch einen Dichtring bewirkt,
der in den Schließkörper eingebettet ist. Gelangt der Geberkolben mit der Axialnut
im Bereich der maximalen Exzentrizität in die Nähe der Erweiterung, wird auch der
Schließkörper durch den Bund am Geberstößel vom Boden der Erweiterung abgehoben,
so daß Hydraulikfluid aus der Radialbohrung über die Axialnut am Außenumfang des
Geberkolbens in die Erweiterung und weiter in den Leckraum übertreten kann.
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Wie bereits im Vorstehenden ausgeführt, ist auch die Position der
minimalen Exzentrizität dadurch einwandfrei durch Meßabgriff feststellbar, daß im
Bereich der minimalen Exzentrizität die den Nehmerkolben führende Axialbohrung an
den Maschinenleckraum angeschlossen wird, so daß Hydraulikfluid in den Leckraum
übertreten kann und der Nehmerkolben durch den Geberkolben sicher in die andere
Endlage gedrückt wird.
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Um diese Endlagenpositi.on zu gewährleisten, können die Merkmale
des Anspruchs 16 vorgesehen sein. Die Axialbohrung wird dann an die Querbohrung
angeschlossen, wenn ein am Nehmerkolben angeordneter Dichtring die Querbohrung überfahren
hat.
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Die Querbohrung kann in einem Zapfen der Maschinenwelle angeordnet
werden.
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Eine andere vorteilhafte Ausführungsform ist in den Merkmalen des
Anspruchs 17 gekennzeichnet. Hierbei erfolgt eine Verbindung der nur kurzen Axialbohrung
mit dem Leckraum, wenn der Dichtring am Netmerkolben in die kegelstumpfförmige Erweiterung
am Ende der Axialbohrung eintaucht.
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Im Falle der Ausführungsform gemäß den Merkmalen des Anspruchs 18
wird die Axialbohrung mit dem Leckraum verbunden, wenn der Dichtring die Ringnut
überfhrt. Dann kann Hydraulikfluid aus der Axialbohrung über die Ringnut und die
axiale Stichbohrung in den Leckraum übertreten. Auch bei dieser Ausführungsform
ist eine vergleichsweise kurze Axialbohrung vorgesehen.
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Die den Nehmerkolben führende Axialbohrung kann nach den Merkmalen
des Anspruchs 19 unmittelbar in der Maschinenwelle angeordnet werden. Hierbei ist
es möglich, den Nehmerkolben so nahe wie nur denkbar an die Radialbohrung heranzurücken,
um die Axialbohrung und damit die Maschinenwelle kurz zu halten. Der Nehmerkolben
kann aber auch endseitig einer verlängerten Maschinenwelle vorgesehen sein. Während
in dem einen Fall der Nehmerkolben zweckmäßig mit einer stößelartigen Verlängerung
versehen wird, über die endseitig der Meßabgriff hinsichtlich seiner axialen Position
erfolgen kann, wird im anderen Fall die Kanalanordnung durch die Maschinenwelle
bis zur Axialbohrung am Maschinenwellenende weitergeführt.
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Denkbar ist nach den Merkmalen des Anspruchs 20 aber auch eine Ausführungsform,
bei welcher die Axialbohrung in einer mit der Maschinenwelle dichtend verbundenen
Verlängerung angeordnet ist. Hiermit kann das Fertigungsrisiko der Maschinenwelle
vermindert werden.
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Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 21 wird der Meßabgriff induktiv
durchgeführt. Dazu kann der Nehmerkolben mit einem Spulenkern verbunden sein, der
in einem im Maschinenkörper gelagerten spulenartigen Meßwertnehmer axial verlagerbar
ist. Ein derartiger induktiver Meßabgriff ermöglicht
jederzeit
eine einwandfreie Feststellung der axialen Position des Nehmerkolbens und damit
auch die Ermittlung der jeweiligen Exzentrizität der Radialkolbenmaschine. Ein induktiver
Meßabgriff ist mit dem weiteren Vorteil verbunden, daß das Ende der Maschinenwelle
oder eine mit der Mäschinenwelle verbundene Verlängerung vergleichsweise problemlos
aus dem Gehäuse der Radialkolbenmaschine herausgeführt werden kann, um diesen Endabschnitt
zur Ermittlung der Drehbewegungen der Maschine zu nutzen. Außerdem i.st eine kontinuierliche
analoge Messung möglich.
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Der Meßwertgeber kann ein Metall- oder Ferritkern sein. Der ihn tragende
Maschinenteil, welcher von der Maschinenwelle selber oder einer Verlängerung gebildet
wird, besteht aus einem Material, das den magnetischen Fluß des Spulenkerns nicht
beeinträchtigt. Ein derartiger Werkstoff ist beispielsweise Kunststoff, insbesondere
glasfaserverstärkter Kunststoff.
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Im Gegensatz zu Anspruch 21 kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs
22 der Nehmerkolben direkt als Spulenkern ausgebildet seih und damit einen induktiven
Meßabgriff ermöglichen. Diese Ausführungsform wird dann bevorzugt, wenn der Nehmerkolben
in einer verlängerten Maschinenwelle oder in einer mit der Maschinenwelle verbundenen
Verlängerung gelagert ist.
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Falls es nicht erforderlich ist, Meßwellenendabschnitte aus dem Maschinengehäuse
herauszuführen, können anstelle eines induktiven Mßabgriffs auch andere Meßeinrichtungen,
wie beispielsweise eine Meßeinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 23 eingesetzt
werden.
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Ist es in besonders gelagerten Fällen nur notwendig, die Exzenterendstellungen
zu ermitteln, so kann dies beispielsweise entsprechend den Merkmalen des Anspruchs
24 mit Hilfe von Lichtschranken oder gemäß den Merkmalen des Anspruchs 25 mit Hilfe
von mechanischen Tastern durchgefihrt werden.
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Anstelle von mechanischen Tastern ist es aber auch denkbar, und zwar
gemäß den Merkmalen des Anspruchs 26, pneumatische Meßglieder, sogenannte Fluidics,
vorzusehen, welche einen berührungslosen Abgriff ermöglichen.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den kichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 im vertikalen-Längsschnitt
den Steuerbereich eines hydrostatischen Radialkolbenmotors; Figur 2 einen um 900
versetzten Längsschnitt durch die Darstellung der Figur 1 entlang der Linie II-II
in etwas vergrößertem Maßstab; Figuren im Längsschnitt in vergrößerter Darstellung
zwei 3 und 4 weitere Einbaumöglichkeiten für ein Rückschlagventil; Figuren im Schnitt
verschiedene Ausführungsformen eines 5 bis 11 Stellungsgebers; Figuren zwei Ausführungsvarianten
für einen Stellungsnehmer 12 und 13 im Schnitt und Figuren ebenfalls im Längsschnitt
mehrere Möglichkeiten für 14 bis 18 einen Meßabgriff zur Ermittlung der Exzentrizität.
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Mit 1 ist in der Figur 1 das Gehäuse eines hydrostatischen Radialkolbenmotors
2 bezeichnet. Das Gehäuse 1 wird von einer Maschinenwelle 3 durchsetzt, welche in
dem veranschaulichten Steuerbereich des Motorgehäuses 1 in Lagern 4, 5 abgestützt
ist. Zwischen den Lagern 4, 5 ist eine Steuerscheibenanordnung 6 vorgesehen, über
die das hydraulische Arbeitsmedium zu den nicht näher dargestellten Arbeitszylindern
hintransportiert wird und von diesen auch wieder abgeführt wird.
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Mit der Maschinenwelle 3 ist ein Exzenter 7 verbunden, der von einem
Exzenterring 8 umschlossen wird, welcher gegenüber dem Exzenter 7 hydraulisch stufenlos
radial verlagerbar ist. Außenseitig des Exzenterrings 8 stützen sich die Arbeitskolben
9 der Arbeitszylinder mittelbar ab.
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Um stets Gewißheit über die momentane Exzentrizität zu haben, ist
im Exzenter 7 eine Radialbohrung 10 mit einer sich daran anschließenden Erweiterung
11 vorgesehen. In der Erweiterung 11 ist ein-Geberstößel 12 mittels eines Radialbunds
13 geführt. Der Geberstößel 12 wird durch eine Feder 14, welche sich einerseits
am Radialbund 13 und andererseits am Boden der Erweiterung 11 abstützt, permanent
gegen den Exzenterring 8 gedrückt. Am bohrungsseitigen Ende des Geberstößels 12
ist ein Geberkolben 15 mit einem umfangsseitigen Dichtring 16 vorgesehen.
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In den Radialbund 13 ist ein axialer Durchlaß 17 eingearbeitet, so
daß die Erweiterung 11 dauernd mit dem Maschlnenleckraum 18 in Verbindung steht.
Die Kante am Übergang von der Radialbohrung 10 auf die Erweiterung 11 ist mit einer
Fase 19 versehen.
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Wie bei gemeinsamer Betrachtung die Figuren 1 und 2 erkennen lassen,
ist die Radialbohrung 10 über eine Kanalanordnung 20 in der Maschinenwelle 3 mit
einer Axialbohrung 21 druckübertragend verbunden. In der Axialbohrung 21 gleitet
ein mit einem Dichtring 22 versehener Nehmerkolben 23, der durch eine Feder 24 dauernd
in Richtung auf die Kanalanordnung 20 belastet wird. Zwischen dem Geberkolben 15
und dem Nehmerkolben 23 ist eine hydraulische Säule eingespannt, welche bei einer
Verlagerung des Exzenterrings 8 relativ zum Exzenter 7 und einer damit verbundenen
Verlagerung des Geberkolbens 15 auch den Nehmerkolben 23 entsprechend axial verlagert.
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Um diese Verlagerung und folglich die Exzentrizität des Exzenterrings
8 messen zu können, ist der Nehmerkolben 23 mit einer stößelartigen Verlängerung
25 versehen (Figuren 1 und 2), die sowohl die Axialbohrung 21 in der Maschinenwelle
3 als auch eine Längsbohrung 26 in einer mit der Maschinenwelle 3 verbundenen Verlängerung
27 axial durchsetzt.
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Die Verlängerung 27 ist endseitig des Gehäuses 1 aus diesem herausgeführt.
Der herausgeführte Endabschnitt 31 kann zur Ermittlung der Drehbewegungen des Motors
2 genutzt werden.
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Am Ende des Stößels 25 ist ein Meßwertgeber in Form eines ferritischen
Spulenkerns 28 vorgesehen, der sich innerhalb einer elektrischen Spule 29 bewegt,
die über eine Leitung 30 mit einer Meßwertanzeige verbunden ist. Die Verlängerung
27 der Maschinenwelle 3 besteht aus einem Material, das den magnetischen Fluß des
Spulenkerns 28 nicht beeinträchtigt.
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Die Figur 2 zeigt, daß in die Kanalanordnung 20 zwischen dem Geberkolben
15 und dem Nehmerkolben 23 ein Rückschlagventil 32 eingegliedert ist, über das die
Kanalanordnung 20
mit dem Maschinenleckraum 18 verbunden werden
kann. Dieses Rückschlagventil 32 kann gemäß den Figuren 2 und 4 in einen Axialkanal
33 oder, wie Figur 3 erkennen läßt, in einen Radialkanal 34 integriert sein. Dabei
ist es möglich, das Rückschlagventil 32 unmittelbar in die Kanäle 33, 34 einzubauen
oder es in Patronenbauweise in die Kanäle 33, 34 einzugliedern, beispielsweise einzupressen.
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Der Stellungsgeber 12-15 gemäß Figur 1 ist so ausgebildet, daß nur
im Bereich der maximalen Exzentrizität auch die Radialbohrung 10 mit dem Leckraum
18 verbunden ist. Dies ist dann der Fall, wenn wie dargestellt der Dichtring 16
am Geberkolben 15 in die Fase 19 bzw. die Erteiterung 11 eingetaucht ist. Die Kraft
der auf den Nehmerkolben 23 lastenden Feder 24 drückt hierbei den Nehmerkolben 23
bis an den durch das Ende der Axialbohrung 21 gebildeten Anschlag 35, so daß diese
Stellung dann über die induktive Meßvorrichtung 28-31 endseitig der Verlängerung
27 der Maschinenwelle 3 festgestellt werden kann.
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Die aus der Kanalanordnung 20 in den Leckraum 18 übertretende Menge
an Hydraulikfluid wird durch den Geberkolben 15 über das Rückschlagventil 32 nachgezogen.
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Dazu ist die Kraft der Stößelfeder 14 derart auf die Schließkraft
des Rückschlagventils 32 abgestimmt, daß im Bereich der maximalen Exzentrizität
eine sichere Aufsteuerung des Rückschlagventils 32 stattfindet.
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Im Falle der Ausführungsform der Figur 5 greift der Geberstößel 12a
in eine in die Radialbohrung 10 eingesetzte Patrone 36 ein. Dabei stützt sich die
den Geberstößel 12a an den Exzenterring 8 drückende Feder 14a einerseits an einem
dem mit einem Dichtring 16a versehenen Geberkolben 15a vorgelagerten
Bund
37 am Geberstößel 12a und andererseits am Boden einer kammerartigen Erweiterung
38 in der Patrone 36 ab. Die Kammer 38 ist über eine Querbohrung 39 in der Patronenwand
und eine Längsnut 40 außenseitig der Patrone 36 an den Leckraum 18 anschließbar.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist also die Radialbohrung 10 dann
mit dem Leckraum 18 verbunden, wenn der Dichtring 16a die Querbohrung 39 in der
Patrone 36 in Richtung auf den Exzenterring 8 überfahren hat. Solange sich der Dichtring
16a zwischen der Querbohrung 39 und dem Boden der Kammer 38 befindet, kann kein
Hydraulikfluid aus der Kanalanordnung 20 über die Radialbohrung 10 in den Leckraum
18 entweichen.
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Die Ausführungsform der Figur 6 weist einen relativ kurzen Geberstößel
12b auf. Zwischen einem dem Geberkolben 15b mit Dichtring 16b vorgelagerten Radialbund
41 und dem Boden der Radialbohrung 10 ist eine Feder 14b vorgesehen, welche den
Geberstößel 12b an den Exzenterring 8 drückt.
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Der Radialbund 41 ist mit einer Axialnut 42 versehen, die in einen
Ringkanal 43 zwischen dem Radialbund 41 und dem Geberkolben 15b mündet. Folglich
ist bei dieser Ausführungsform die Radialbohrung 10 dann mit dem Leckraum 18 verbunden,
wenn die in den Leckraum 18 mündende Querbohrung 44 von dem Dichtring 16b am Geberkolben
15b in Richtung auf den Exzenterring 8 überfahren worden ist.
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Im Falle der Ausführungsform der Figur 7 stützt sich die den Geberstößel
12c an den Exzenterring 8 drückende Feder 14c einerseits an einem Bund 45 des Geberstößels
12c ab, der unmittelbar am Exzenterring 8 liegt, und andererseits am Boden einer
Erweiterung 46 der Radialbohrung 10. Endseitig der Radialbohrung
10
ist eine Ringnut 47 vorgesehen, in die eine von der Erweiterung 46 ausgehende radiale
Sti.chbohrung 48 mündet.
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Hat mithin der Dichtring 16c am Geberkolben 15c die Ringnut 47 in
Richtung auf den Exzenterring 8 überfahren, ist die Radialbohrung 10 mit dem Leckraum
18 verbunden Während bei den bislang geschilderten Ausführungsformen die Geberstößel
12, 12a-c durch Federn 14, 14a-c an den Exzenterring 8 gedrückt wurden, ist in der
Figur 8 eine Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher der Geberstößel 12d mit
dem Exzenterring 8 im Mitnahmesinne allseitig gelenkig verbunden ist. Zu diesem
Zweck besitzt der Geberstößel 12d endseitig eine kugelförmige Verdickung 49, welche
in eine daran angepaßte Ausnehmung 50 im Exzenterring 8 form- und kraft schlüssig
eingreift.
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Um insbesondere bei einer solchen Stellungsgeber-Bauart eine Verbindung
zwischen der Radialbohrung 10 und dem Leckraum 18 im Bereich der maximalen Exzentrizität
herzustellen, ist entsprechend Figur 9 der Geberkolben 12e endseitig im Durchmesser
verringert worden. Taucht folglich im Bereich der maximalen Exzentrizität der dünnere
Endabschnitt 51 in die sich an die Radialbohrung 10 anschließende Erweiterung 52
ein und verläßt damit den Bereich des in der Wand 53 der Radialbohrung 10 angeordneten
Dichtrings 54, so ist die Radialbohrung 10 dann über den umfangsseitig des Geberkolbenendabschnitts
51 befindlichen Ringspalt 55 mit dem Leckraum 18 verbunden.
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Die Ausführungsform der Figur 10 zeigt einen winkelförmigen Kanal
56 im Geberkolben 12f. Hier erfolgt die Verbindung der Radialbohrung 10 mit dem
Leckraum 18 zu dem Zeitpunkt, wenn die Querbohrung 57 des Winkelkanals 56 den Dichtring
54 in der Bohrungswandung 57 in Richtung auf die Erweiterung 52 überfahren hat.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 11 ist zur Abdichtung der Radialbohrung
10 gegenüber dem Leckraum 18 ein Schließkörper 58 vorgesehen3 der durch eine Feder
59 dann an den Boden 60 einer Erweiterung 61 angedrückt wird, wenn sich der Geberstößel
12g außerhalb der maximalen Exzentrizität befindet. Die den Scbließkörper 58 belastende
Feder 59 stützt sich andererseits an einem Ring 62 ab, der in eine Nut 63 des Geberstößels
12g eingesetzt ist. Der Schließkörper 58 ist durch einen Dichtring 64 gegenüber
dem Geberstößel 12g abgedichtet.
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In Richtung auf den Geberkolben 15g ist die Verlagerung des Schließkörpers
58 durch einen Bund 65 begrenzt. Stirnseitig des Schließkörpers 58 befindet sich
ein Dichtring 66.
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Gelangt der Geberstößel 12g in den Bereich der maximalen Exzentrizität,
kann sich zunächst die Feder 59 entspannen, bis auch der Schließkörper 58 vom Boden
60 der Erweiterung 61 abhebt. Die Radialbohrung 10 ist dann über eine Axialnut 67
im Geberkolben 15g mit der Erweiterung 61 und hierüber mit dem Leckraum 18 Verbunden.
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Damit auch die minimale Exzentrizität einwandfrei fixiert wird und
endseitig der Maschinenwelle 3 angezeigt werden kann, ist gemäß der Ausführungsform
der Figur 1 durch eine Querbohrung 68 zwischen der Axialbohrung 21 und dem Leckraum
18 dafür Sorge getragen, daß die Axialbohrung 21 dann an den Leckraum 18 angeschlossen
wird, wenn der Dicht ring 22 des Nehmerkolbens 23 die Querbohrung 68 in Richtung
auf die Gehäusestirnseite 69 überfahren hat.
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Eine weitere Ausführungsform zur exakten Feststellung der minimalen
Exzentrizität zeigt die Figur 12. Hierbei ist an die Axialbohrung 21 eine kegelstumpfförmige
Erweiterung 70 angeschlossen,
die folglich die Axialbohrung 21
mit dem Leckraum 18 verbindet, wenn der Dichtring 22 am Nehmerkolben 23 in die kegelstumpfförmige
Erweiterung 70 eintaucht.
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Bei der Ausführungsform der Figur 13 ist die Axialbohrung 21 über
eine Ringnut 71 und eine in die Ringnut 71 mündende axiale Stichbohrung 72 an den
Leckraum 18 anschließbar, wenn der Dichtring 22~die Ringnut 72 in Richtung auf den
Leckum 18 überfahren hat.
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Wie bereits anhand der Figuren 1, 2, 12 und 13 ausgeführt, kann der
Nehmerkolben 23 unmittelbar in eine Axialbohrung 21 der Maschinenwelle 3 über den
Dichtring 22 abgestützt gelagert sein. Im Falle der Ausführungsform der Figur 14
ist der Nehmerkolben 23a in einer auch aus der Figur 1 erkennbaren Verlängerung
27 der Maschinenwelle 3 endseitig gelagert. Die Verlängerung 27 besitzt dann einen
Axialkanal 73, der an die Kanalanordnung 20 in der Maschinenwelle 3 fluidleitend
angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform bildet der Nehmerkolben 23a unmittelbar
den Spulenkern und gleitet axial im Bereich der Spule 29. Der Anschluß zum Leckraum
18 erfolgt hierbei über eine Querbohrung 74 in der Verlängerung 27, wenn der Dichtring
22 am Nehmerkolben 23a di.e Querbohrung 74 in Richtung auf die Gehäusestirnseite
69 überfahren hat.
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Die Figur 15 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie die Figur 14,
nur ist hierbei die Maschinenwelle 3a verlängert und aus der Stirnseite 69 des Gehäuses
1 herausgeführt worden.
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Der Nehmerkolben 23a ist wieder als Spulenkern gestaltet und im Bereich
der Spule 29 axial verlagerbar. Die Verbindung der Kanalanordnung 20 mit dem Leckraum
18 erfolgt ebenfalls über eine Querbohrung 74 in der verlängerten Maschinenwelle
35.
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Über die aus dem Maschinengehäuse 1 herausgeführten elenenen 31 können
die Drehbewegungen des Motors 2 ermittelt werden. Falls solche Meßwellenenden 31
entbehrlich sind, kann anstatt der induktiven Positionsmessung auch eine digitalinkrementale
Anordnung 75 gemäß Figur 16 vorgesehen werden, die mit optischen oder elektrisch
induktiven Meßvorrichtungen 76 arbeitet. Es ist zu erkennen, daß hierzu der Nehmerkolben
23 mit einer Verlängerung 77 versehen ist, die in einen meßraum 78 eingreift und
endseitig die Meßanordnung 75 trägt.
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Bei der Ausführungsform der Figur 17 sind Lichtschranken 79 z.ur
Feststellung der Exzenterendstellungen vorgesehen. Ansonsten entspricht diese Ausführungsform
derjenigen nach Figur 16.
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Im Falle der Ausführungsform der Figur 18 können die Exzenterendstellungen
durch mechanische Taster 80 in Verbindung mit einem elektrischen Schaltkreis 81
ermittelt werden. Auch diese Ausführungsform entspricht ansonsten derjenigen der
Figur 16.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Motorgehäuse 2 Motor 3 Maschinenwelle 4
5 6 Steuerscheibenanordnung 7 Exzenter 8 Exzenterring 9 Arbeitskolben 10 Radialbohrung
11 Erweiterung 12 Geberstößel 13 Radialbund 14 Feder 15 Geberkolben 16 Dichtung
an 15 17 Durchlaß in 13 18 Maschinenleckraum 19 Fase 20 Kanalanordnung 21 Axialbohrung
22 Dichtung an 23 23 Nehmerkolben 24 Feder 25 Verlängerung v. 23 26 Bohrung in 27
27 Verlängerung v. 3 28 Spulenkern 29 Spule 30 Leitung 31 Endabschnitt v. 27 32
Rückschlagventil 33 Axialkanal v. 20 34 Radialkanal v. 20 35 Anschlag f. 23 36 Patrone
37 Bund an 12a 38 Kammer in 36 39 Querbohrung 40 Längsnut 41 Radialbund 42 Axialnut
43 Ringkanal 44 Querbohrung 45 Bund an 12c 46 Erweiterung 47 Ringnut 48 Stichbohrung
49 Verdickung an 12d
50 Ausnehmung in 8 f. 49 51 Endabschnitt v.
12e 52 Erweiterung 53 Wand v. 10 54 Dichtung 55 Ringspalt 56 Winkelkanal Querbohrung
w. 56 58 Schließkörper 59 Feder 60 Boden v. 61 61 Erweiterung 62 Ring 63 Nut in
12g 64 Dichtung 65 Bund 66 Dichtung 67 Axialnut 68 Querbohrung 69 Stirnseite v.
1 70 Erweiterung 71 Ringnut 72 Stichbohrung 73 Axialkanal in 27 74 Querbohrung 75
digital-inkremeXale Meßanordnung 76 Meßvorrichtung 77 Verlängerung v. 23 78 Meßraum
79 Lichtschranken 80 Taster 81 Schaltkreis 3a Maschinenwelle 12a Geberstößel 12b
" 12c " 12d 12g 14a Feder 14b 14c Stößelfeder 15a Geberkolben 15b 15c 15e 15f 15g
" 16a Dichtring 16b 16c " 23a Nehmerkolben