EP1220990A1 - Verstellvorrichtung einer schrägscheibenkolbenmaschine - Google Patents

Verstellvorrichtung einer schrägscheibenkolbenmaschine

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EP1220990A1
EP1220990A1 EP00971304A EP00971304A EP1220990A1 EP 1220990 A1 EP1220990 A1 EP 1220990A1 EP 00971304 A EP00971304 A EP 00971304A EP 00971304 A EP00971304 A EP 00971304A EP 1220990 A1 EP1220990 A1 EP 1220990A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
valve
control
adjusting device
actuating
Prior art date
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Granted
Application number
EP00971304A
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English (en)
French (fr)
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EP1220990B1 (de
Inventor
Ralf Lemmen
Roland Belser
Hermann Maier
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Brueninghaus Hydromatik GmbH
Original Assignee
Brueninghaus Hydromatik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Brueninghaus Hydromatik GmbH filed Critical Brueninghaus Hydromatik GmbH
Publication of EP1220990A1 publication Critical patent/EP1220990A1/de
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Publication of EP1220990B1 publication Critical patent/EP1220990B1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F04B1/26—Control
    • F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
    • F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
    • F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/002—Hydraulic systems to change the pump delivery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/08—Regulating by delivery pressure

Definitions

  • An adjusting device according to the preamble of claim 1 emerges from DE-AS 1 958 768.
  • 7 of this document shows an adjusting device with an actuating piston, which at the same time forms the valve sleeve for the control valve.
  • a valve piston is in turn axially movable in the axially movable valve sleeve, the valve sleeve being acted upon by a control pressure at one end.
  • the valve piston is displaced axially, so that a first control edge increases the signal pressure in a control volume and thereby axially displaces the valve sleeve serving as the control piston in the same direction, so that the control edge is closed again.
  • the actuator that adjusts the displacement volume of the piston mechanism is also adjusted by the same path by which the valve piston and the valve sleeve have been axially displaced.
  • a return spring moves the actuating piston in the opposite direction and a second control edge connects the actuating volume to a tank connection. This relieves the actuating volume and the valve sleeve serving as the actuating piston is displaced axially in the same direction as the valve piston.
  • the pressure chamber for the control pressure is separated from a gas volume by a flexible partition, so that the control pressure is buffered for a certain time.
  • a disadvantage of the known adjusting device is that the valve sleeve and the valve piston of the control valve can only be produced with the required precision with a limited axial length. Since the axial displacement of the actuating piston and the valve sleeve directly predetermine the adjustment of the actuator of the piston machine, the actuating path for the actuator is relatively small. Either the swash plate of the axial piston machine can therefore only be adjusted within relatively small limits, or an appropriate gear ratio is required.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an adjusting device for adjusting the swash plate of an axial piston machine in a swash plate construction, in which the adjustment path of the control piston is independent of the adjustment path of the valve piston of the control valve.
  • the invention is based on the knowledge that a structural separation of the control piston and the control valve enables a relatively large adjustment range of the control piston to be achieved with a relatively small adjustment range of the valve piston of the control piston.
  • the necessary feedback between the control piston and the valve piston of the control valve does not take place in a form-fitting manner as in the prior art via the valve sleeve of the control valve, but in a force-locking manner via a return spring connecting the control piston to the valve piston of the control valve.
  • the solution according to the invention enables an extremely compact structure that can be easily integrated into a receiving bore in the housing of the axial piston machine.
  • actuating piston in a pot-shaped manner so that the actuating piston receives the return spring and a spring plate connected to the valve piston of the control valve.
  • a connecting channel for connecting the actuating volume to the control edges of the valve piston is preferably provided in the stationary valve sleeve.
  • the valve sleeve can also have a throttle in order to connect the connection channel to the tank connection in a throttled manner and to relieve the control volume.
  • the valve piston preferably has a through hole in order to apply the signal pressure to the valve sleeve on both sides, so that the position of the valve sleeve is independent of the signal pressure.
  • the valve sleeve of the control valve is preferably pressed by a pressure spring against an adjustable stop, so that the axial position of the valve sleeve is adjustable.
  • the stop can be formed, for example, by an eccentric bolt.
  • the control force acting on the control piston of the control valve is preferably generated by an electromagnet, in particular a proportional magnet, or an electric motor, in particular a stepper motor.
  • the electromagnet or electric motor can engage the valve piston via a tappet at the end opposite the return spring.
  • FIG. 1 shows a section through an axial piston machine, on which an embodiment of the adjusting device according to the invention is provided;
  • Fig. 2 is an enlarged view of the embodiment of the adjusting device according to the invention.
  • Fig. 3 is a hydraulic block diagram of the adjustment device according to the invention.
  • Fig. 1 shows an axial section through an axial piston machine 1 in swash plate construction, in which an adjusting device 2 according to the invention is provided.
  • the basic structure of an axial piston machine 1 in swash plate construction is known, so that the following description can be limited to the essential components.
  • a shaft 3 is rotatably mounted on a first bearing 4 and on a second bearing 5 in a housing 6 of the axial piston machine 1.
  • the housing 6 of the axial piston machine 1 is divided into a base body ⁇ a and a cover body 6b screwed to the base body 6a.
  • a cylinder drum 7 is rotatably connected to the shaft 3.
  • the cylinder drum 7 there are cylinder bores 8 arranged offset on a pitch circle, in which pistons 9 are axially displaceable.
  • the pistons 9 are connected to slide shoes 11 via ball joint connections 10 and are supported via the slide shoes 11 on a swash plate 12 designed as a swivel cradle.
  • the stroke of the pistons 9 in the cylinder bores 8 is predetermined by the swivel angle ⁇ of the swash plate 12.
  • the swash plate designed as a swivel cradle is shown twice in FIG. 1 in its neutral position and in a position swiveled by the swivel angle ⁇ .
  • the cylinder drum 7 is held in contact with the control body 13 by means of a spring 22.
  • the spring 22 is supported on the cylinder drum 7 via a first ring 23 and on the shaft 3 via a second ring 24.
  • the cylinder drum 7 is axially movable relative to the stationary shaft 3 via a key-and-groove connection.
  • the adjusting device 2 according to the invention is used to pivot the swivel disk 12.
  • the adjusting device 2 is integrated in a receiving bore 16 of the housing 6 and consists of an actuating piston 18 connected to the swashplate 12 via the ball joint connection 17, which is guided axially in the receiving bore 16, one in the control bore 19 inserted into the receiving bore 16 and an actuator 21 which specifies a control force for a valve piston 20 of the control valve 19.
  • the control valve 19 and the control piston are arranged axially offset from one another in the receiving bore 16.
  • FIG. 2 An embodiment of the adjusting device 2 according to the invention is shown enlarged in FIG. 2.
  • the exemplary embodiment is essentially the same as the exemplary embodiment shown in FIG. 1, with the difference that an adjusting screw 30 is provided in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the function of which is still to be discussed. Otherwise, elements that correspond to FIG. 1 are provided with corresponding reference numerals in order to facilitate the assignment.
  • a spherical sliding block 31 is in sliding contact with the actuating piston 18 axially guided in the receiving bore 16 of the housing 6 and, together with a spherical recess of the swash plate 12 shown in FIG. 1, forms the ball joint connection 17.
  • the sliding block 31 could also slide against the swash plate 12 and the spherical recess could be formed in the actuating piston 18.
  • the actuating piston 18 is cup-shaped, so that its wall 32 surrounds a cavity 33 which receives a return spring 34 for the valve piston 20 of the control valve 19, which will be described in more detail.
  • the return spring 34 is clamped between the bottom 35 of the cup-shaped actuating piston 18 and a spring plate 39, which has a first end 40 of the Valve piston 20 of the control valve 19 is connected.
  • the spring plate 39 has an axial longitudinal bore 41 which is placed on a pin-shaped projection 42 of the valve piston 20.
  • the return spring 35 is supported on an outside step 43 of the spring plate 39.
  • an outer annular groove 44 is provided, which is connected to the cavity 33 via a radial channel 68.
  • the annular groove 44 also serves as a hydraulic stop.
  • the diameter of the cavity 33 is larger than the diameter of the spring plate 39, so that the spring plate 39 is received by the cavity 33 of the actuating piston 18 in the maximum swivel pitch shown in FIG. 2.
  • actuating volume 45 which also includes the cavity 33 of the actuating piston 18, an actuating pressure predetermined by the actuator 21 via the control valve 19 is established.
  • the control valve 19 consists of a stationary, sleeve-shaped connection body 46, in which a tank connection 47 and a pressure connection 48 are formed.
  • the connector body 46 is sealed off from the housing 6 by a seal 49, for example an O-ring.
  • a valve sleeve 50 Inside the connection body 46 there are a valve sleeve 50, in which the valve piston 20 is axially movable.
  • the valve piston 20, the valve sleeve 50, the connecting body 46 and the receiving bore 16 of the housing 6, in which the control valve 19 is inserted, are aligned coaxially to one another.
  • a connecting channel 51 in the exemplary embodiment consisting of a longitudinal bore 52 designed as a blind bore and a transverse bore 53.
  • the connecting channel 51 is connected to the tank connection 47 via a throttle 54.
  • the valve sleeve 50 has a first ring channel 55, while the valve sleeve 50 has a second ring channel 56 in the area of the pressure connection 48.
  • the valve piston 20 has a first annular space 57 which is connected to the pressure connection 48 via a first radial bore 56 and which is sealed via a sealing section 58 and a radial projection 59 of the valve piston 20. Furthermore, the valve piston 20 has an annular space 61 which is connected to the tank connection 47 via a second radial bore 60 and which is sealed via a sealing section 62 and a radial projection 63 of the valve piston 20.
  • a first control edge 64 is formed at the transition from the first annular space 57 to the projection 59, while a second control edge 65 is formed at the transition from the second annular space 51 to the projection 63.
  • the actuator 21 exerts a control force via a tappet 66 on the second end 67 of the actuating piston 20 opposite the return spring 34.
  • the actuator 21 exerts a control force on the valve piston 20, which shifts the valve piston 20 to the right in FIG. 2, the first control edge 64 is closed and the second control edge 65 connects the tank connection 47 via the connecting channel 51 to the actuating volume 45 Control volume is therefore relieved via the tank connection 47 and the control pressure decreases. Consequently, the adjusting piston 18 is shifted to the left in FIG. 2 and the swash plate 12 swings out in the direction of a larger displacement volume of the axial piston machine. At the same time, the return spring 34 is pretensioned by the movement of the actuating piston 18 and a counterforce arises counter to the control force of the actuator 21, which increases with increasing displacement of the control piston 18 to the left in FIG. 2.
  • valve piston 20 When an equilibrium position is reached such that the control force exerted by the actuator 21 corresponds to the counterforce exerted by the return spring 34, the valve piston 20 is in its equilibrium position, so that neither the control edge 64 nor the control edge 65 opens and opens in the actuating volume 45 sets a constant signal pressure.
  • the hydraulic fluid slowly escapes from the actuating volume 45 via the throttle 54.
  • the escaping hydraulic medium is continuously tracked by slightly displacing the actuating piston 20 via the control edge 64.
  • each control force predetermined by the actuator 21 corresponds to a defined one Position of the adjusting piston 18 and thus a defined swivel angle ⁇ of the swivel plate 12.
  • actuator 21 is an electromagnet, in particular a proportional magnet, the force or deflection of which is proportional to the exciting electrical current.
  • an electric motor in particular a stepper motor, is also suitable as the actuator 21, which transmits a control force proportional to the rotational position of the electric motor to the tappet 66, for example via a spindle and a spring arranged between the tappet 66 and the spindle.
  • the control force exerted on the end 47 of the actuating piston 20 can also be a hydraulic force which prevails in a pressure chamber formed at the end 67 of the valve piston 20 and acts on the left end face of the valve piston 20 in FIG. 2.
  • an adjustable stop 70 is provided in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, a pressure spring 71 holding the valve sleeve 50 in contact with the adjustable stop 70.
  • the relative position of the control edges 64 and 65 in relation to the transverse bore 53 of the connecting channel 51 can be adjusted by the adjustable stop 70.
  • the adjustable stop 70 consists of an adjusting screw 30 screwed into the housing 6 with a screw head 72 and lock nut 73.
  • An eccentrically mounted washer 74 is located on the end of the adjusting screw 30 which projects into the receiving bore 16.
  • valve piston 20 there is a through-channel 76 in the valve piston 20, which passage Control volume 45 connects to the spring chamber 77, which receives the pressure spring 71.
  • the pressure on the left of the valve sleeve 50 is the same as that on the right of the valve sleeve 50, and the signal pressure in the actuating volume 45 has no influence on the axial position of the valve sleeve 50.
  • FIG. 3 For a better understanding of the invention, a hydraulic basic circuit diagram of the adjusting device 2 according to the invention is shown in FIG. 3. Elements that have already been described are also provided with the same reference numerals here.
  • the axial piston machine 1 which works as a hydraulic pump in the exemplary embodiment, is driven via the shaft 3, draws in hydraulic fluid from a tank 80 and promotes this
  • Adjustment device 2 connected. In contrast, the tank connection 47 of the adjusting device 2 is over
  • Pressure relief valve 82 connected either to the tank 80 or to the working line 81. In the basic position of the pressure relief valve 82 shown in FIG. 3, the pressure relief valve 82 connects the tank connection 47 to the tank 80.
  • control piston 18, the control valve 19 with the valve piston 20, the return spring 35 arranged between the control piston 18 and the valve piston 20 and the actuator 21 designed as a proportional magnet in the exemplary embodiment can also be seen. It is also shown that the volumes to the left and right of the control piston 20 are connected to one another via the passage channel 76.
  • the pressure relief valve 82 serves to limit the pressure prevailing in the working line 81 to a maximum pressure. If the pressure prevailing in the working line 81 exceeds that which can be set by means of the spring 83 Maximum pressure, the pressure-limiting valve 82 connects the tank connection 47, instead of the tank 80 to the working line 81, so that the actuating volume 45 is not relieved towards the tank 80, but rather the working pressure prevailing in the working line 81 is applied. The axial piston machine 1 is therefore pivoted back by the adjusting piston 18 in the direction of the minimum displacement volume V min or in the direction of the neutral position.
  • V max in FIG. 3 denotes the maximum displacement volume that occurs when the actuating piston 18 in FIG. 2 strikes its left stop.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiments shown, but can also be used for an adjusting device 2 in a different design or
  • Axial piston machines 1 are used in a different design. It should be emphasized that the adjustment path of the
  • Actuating piston 18 is independent of the displacement of the valve piston 20 and is only a very small one
  • Adjustment of the valve piston 20 is a very large one
  • Adjustment path of the actuating piston 18 can be reached.

Abstract

Eine Verstellvorrichtung (1) zum Verstellen der Schrägscheibe (12) einer Axialkolbenmaschine (1) in Schrägscheibenbauweise weist einen an der Schrägscheibe (12) der Axialkolbenmaschine (1) angreifenden Stellkolben (18) und ein Steuerventil (19) auf. Das Steuerventil (19) dient zum Einstellen des in einem Stellvolumen (45) herrschenden und auf den Stellkolben (18) einwirkenden Stelldrucks in Abhängigkeit von einer auf einen Ventilkolben (20) des Steuerventils (19) einwirkenden Steuerkraft. Der Stellkolben (18) ist von dem Steuerventil (19) baulich getrennt und der Stellkolben (18) ist mit dem Ventilkolben (20) des Steuerventils (19) über eine entgegen der Steuerkraft wirkende Rückstellfeder (34) verbunden.

Description

VERSTELLVORRICHTUNG EINER SCHRÄGSCHEIBENKOLBENMASCHINE
Eine Verstellvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 geht aus der DE-AS 1 958 768 hervor. In Fig. 7 dieser Druckschrift ist eine Verstellvorrichtung, mit einem Stellkolben, der zugleich die Ventilhülse für em Steuerventil bildet, dargestellt. In der axial bewegbaren Ventilhülse ist seinerseits ein Ventilkolben axial bewegbar, wobei die Ventilhülse an einem Ende durch einen Steuerdruck beaufschlagt wird. Bei Beaufschlagung mit dem Steuerdruck wird der Ventilkolben axial verschoben, so daß eine erste Steuerkante den Stelldruck in einem Stellvolumen erhöht und dabei die als Stellkolben dienende Ventilhülse m der gleichen Richtung axial verschiebt, so daß die Steuerkante wieder geschlossen wird. Um den gleichen Weg, um welchen der Ventilkolben und die Ventilhülse axial verschoben wurden, wird auch das, das Verdrängungsvolumen der Kolbenmaschme einstellende Stellglied verstellt. Bei einer Reduzierung des Steuerdrucks verschiebt eine Rückstellfeder den Stellkolben m umgekehrter Richtung und eine zweite Steuerkante verbindet das Stellvolumen mit einem Tankanschluß. Dadurch wird das Stellvolumen entlastet und die als Stellkolben dienende Ventilhülse wird axial in der gleichen Richtung wie der Ventilkolben verschoben. Der Druckraum für den Steuerdruck ist über eine flexible Trennwand von einem Gasvolumen getrennt , so daß der Steuerdruck eine gewisse zeitige Pufferung erfährt.
Nachteilig bei der bekannten Verstellvorrichtung ist, daß sich die Ventilhülse und der Ventilkolben des Steuerventils nur mit begrenzter axialer Baulänge mit der erforderlichen Präzision herstellen lassen. Da die axiale Verschiebung des Stellkolbens und der Ventilhülse unmittelbar die Verstellung des Stellglieds der Kolbenmaschine vorgeben, ist der Stellweg für das Stellglied relativ klein. Entweder kann die Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine deshalb nur in relativ geringen Grenzen verstellt werden, oder es ist eine entsprechende Übersetzung erforderlich.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Verstellvorrichtung zum Verstellen der Schrägscheibe einer Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise anzugeben, bei welcher der Verstellweg des Stellkolbens unabhängig von dem Verstellweg des Ventilkolbens des Steuerventils ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 in Verbindung mit den gattungsbildenden Merkmalen gelöst .
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine bauliche Trennung von Stellkolben und Steuerventil sich ein relativ großer Verstellweg des Stellkolbens bei relativ kleinem Verstellweg des Ventilkolbens des Steuerkolbens erreichen läßt . Die notwendige Rückkopplung zwischen dem Stellkolben und dem Ventilkolben des Steuerventils erfolgt nicht wie beim Stand der Technik formschlüssig über die Ventilhülse des Steuerventils, sondern kraftschlüssig über eine den Stellkolben mit dem Ventilkolben des Steuerventils verbindende Rückstellfeder. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen äußerst kompakten Aufbau, der sich problemlos in eine Aufnahmebohrung des Gehäuses der Axialkolbenmaschine integrieren läßt.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Insbesondere, ist es vorteilhaft, den Stellkolben topfförmig auszubilden, so daß der Stellkolben die Rückstellfeder und einen mit dem Ventilkolben des Steuerventils verbundenen Federteller aufnimmt.
In der stationären Ventilhülse ist vorzugsweise ein Verbindungskanal zur Verbindung des Stellvolumens mit den Steuerkanten des Ventilkolbens vorgesehen. Die Ventilhülse kann ferner eine Drossel aufweisen, um den Verbmdungskanal gedrosselt mit dem Tankanschluß zu verbinden und das Stellvolumen zu entlasten. Ferner weist der Ventilkolben vorzugsweise eine Durchgangsbohrung auf, um die Ventilhülse beidseitig mit dem Stelldruck zu beaufschlagen, so daß die Position der Ventilhülse von dem Stelldruck unabhängig ist.
Die Ventilhülse des Steuerventils wird vorzugsweise von einer Andrückfeder gegen einen justierbaren Anschlag gedrückt, so daß die axiale Position der Ventilhülse justierbar ist. Der Anschlag kann beispielsweise durch einen exzentrischen Bolzen gebildet werden.
Die auf den Stellkolben des Steuerventils einwirkende Steuerkraft wird vorzugsweise von einem Elektromagneten, insbesondere einem Proportionalmagneten, oder einen Elektromotor, insbesondere einen Schrittmotor, erzeugt. Dabei kann der Elektromagnet oder Elektromotor über einen Stößel an dem der Rückstellfeder gegenüberliegenden Ende an dem Ventilkolben angreifen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine, an welcher ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung vorgesehen ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels der Verstellvorrichtung; und
Fig. 3 ein hydraulisches Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung . Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise, bei welcher eine erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 2 vorgesehen ist. Der grundsätzliche Aufbau einer Axialkolbenmaschine 1 in Schrägscheibenbauweise ist bekannt, so daß sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Bauteile beschränken kann.
Eine Welle 3 ist an einem ersten Lager 4 und an einem zweiten Lager 5 in einem Gehäuse 6 der Axialkolbenmaschine 1 drehbar gelagert . Das Gehäuse 6 der Axialkolbenmaschine 1 gliedert sich in einen Grundkörper βa und einen mit dem Grundkörper 6a verschraubten Deckelkörper 6b.
Eine Zylindertrommel 7 ist mit der Welle 3 drehfest verbunden. In der Zylindertrommel 7 befinden sich auf einem Teilkreis versetzt angeordnete Zylinderbohrungen 8, in welchen Kolben 9 axial verschiebbar sind. Die Kolben 9 sind über Kugelgelenkverbindungen 10 mit Gleitschuhen 11 verbunden und stützen sich über die Gleitschuhe 11 an einer als Schwenkwiege ausgebildeten Schrägscheibe 12 ab. Die Verbindung der Zylinderbohrungen 8 mit einer nicht dargestellten Hochdruckleitung und einer ebenfalls nicht dargestellten Niederdruckleitung erfolgt über einen Steuerkörper 13, der eine nierenförmige Hochdrucköffnung 14 und eine ebenfalls nierenförmige Niederdrucköffnung 15 aufweist. Der Hub der Kolben 9 in den Zylinderbohrungen 8 ist durch den Schwenkwinkel α der Schrägscheibe 12 vorgegeben. Die als Schwenkwiege ausgeführte Schrägscheibe ist in Fig. 1 in ihrer Neutralstellung und einer um den Schwenkwinkel α verschwenkten Stellung zweifach dargestellt .
Die Zylindertrommel 7 wird mittels einer Feder 22 an dem Steuerkörper 13 in Anlage gehalten. Dazu stützt sich die Feder 22 über einen ersten Ring 23 an der Zylindertrommel 7 und über einen zweiten Ring 24 an der Welle 3 ab. Die Zylindertrommel 7 ist gegenüber der ortsfesten Welle 3 über eine Keil-Nut-Verbindung axial bewegbar. Zum Verschwenken der Schwenkscheibe 12 dient die erfindungsgemäße Verstellvorrichtung 2. Die Verstellvorrichtung 2 ist in einer Aufnahmebohrung 16 des Gehäuses 6 integriert und besteht aus einem über die Kugelgelenkverbindung 17 mit der Schrägscheibe 12 verbundenen Stellkolben 18, welcher in der Aufnahmebohrung 16 axial geführt ist, einem in die Aufnahmebohrung 16 eingesetzten Steuerventil 19 und einem eine Steuerkraft für einen Ventilkolben 20 des Steuerventils 19 vorgebenden Stellglied 21. Das Steuerventil 19 und der Stellkolben sind in der Aufnahmebohrung 16 axial versetzt zueinander angeordnet .
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 2 ist in Fig. 2 vergrößert dargestellt. Das Ausführungsbeispiel stimmt im wesentlichen mit dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel überein, mit dem Unterschied, daß bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Justierschraube 30 vorgesehen ist, auf deren Funktion noch eingegangen wird. Im übrigen sind mit Fig. 1 übereinstimmende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen, um die Zuordnung zu erleichtern.
An dem in der Aufnahmebohrung 16 des Gehäuses 6 axial geführten Stellkolben 18 liegt ein kugelförmiger Gleitstein 31 gleitend an, der zusammen mit einer in Fig. 1 dargestellten sphärischen Ausnehmung der Schrägscheibe 12 die Kugelgelenkverbindung 17 bildet. Selbstverständlich könnte auch umgekehrt der Gleitstein 31 an der Schrägscheibe 12 gleitend anliegen und die sphärische Ausnehmung in dem Stellkolben 18 ausgebildet sein. Der Stellkolben 18 ist topfförmig ausgebildet, so daß seine Wandung 32 einen Hohlraum 33 umgibt, welcher eine Rückstellfeder 34 für den Ventilkolben 20 des noch näher zu beschreibenden Steuerventils 19 aufnimmt. Die Rückstellfeder 34 ist zwischen dem Boden 35 des topfförmigen Stellkolbens 18 und einem Federteller 39 eingespannt, welcher mit einem ersten Ende 40 des Ventilkolbens 20 des Steuerventils 19 verbunden ist. Der Federteller 39 weist eine axiale Längsbohrung 41 auf, welche auf einen stiftförmigen Überstand 42 des Ventilkolbens 20 aufgesetzt ist. Die Rückstellfeder 35 stützt sich an einer außenseitigen Stufe 43 des Federtellers 39 ab. Zur Schmierung der Gleitfläche des Stellkolbens 32 ist eine außenseitige Ringnut 44 vorgesehen, welche über einen radialen Kanal 68 mit dem Hohlraum 33 verbunden ist. Die Ringnut 44 dient auch als hydraulischer Anschlag. Der Durchmesser des Hohlraums 33 ist größer als der Durchmesser des Federtellers 39 bemessen, so daß der Federteller 39 in der in Fig. 2 dargestellten maximalen Schwenksteilung von dem Hohlraum 33 des Stellkolbens 18 aufgenommen wird.
In dem Stellvolumen 45, welches den Hohlraum 33 des Stellkolbens 18 mit einschließt, stellt sich ein von dem Stellglied 21 über das Steuerventil 19 vorgegebener Stelldruck ein. Je höher der Stelldruck in dem Stellvolumen 44 ist, je weiter wird der Stellkolben 18 in Fig. 2 nach rechts verschoben und verschwenkt die Schrägscheibe 12 in Richtung auf abnehmendes Verdrängungsvolumens der Axialkolbenmaschine 1. Je kleiner der Stelldruck in dem Stellvolumen 45 ist, je weiter schwenkt der Stellkolben 18 in Fig. 2 nach links in Richtung auf zunehmendes Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1.
Das Steuerventil 19 besteht aus einem ortsfesten, hülsenförmigen Anschlußkörper 46, in welchem ein Tankanschluß 47 und ein Druckanschluß 48 ausgebildet sind. Der Anschlußkörper 46 ist über eine Dichtung 49, beispielsweise einen O-Ring, gegenüber dem Gehäuse 6 abgedichtet. Innerhalb des Anschlußkörpers 46 befinden sich eine Ventilhülse 50, in welcher der Ventilkolben 20 axial bewegbar ist. Der Ventilkolben 20, die Ventilhülse 50, der Anschlußkörper 46 und die Aufnahmebohrung 16 des Gehäuses 6, in welche das Steuerventil 19 eingesetzt ist, sind koaxial zueinander ausgerichtet . In der Ventilhülse 50 befindet sich ein Verbindungskanal 51, im Ausführungsbeispiel bestehend aus einer als Sackbohrung ausgebildeten Längsbohrung 52 und einer Querbohrung 53. Der Verbindungskanal 51 ist über eine Drossel 54 mit dem Tankanschluß 47 verbunden. Im Bereich des Tankanschlusses 47 weist die Ventilhülse 50 einen ersten Ringkanal 55 auf, während die Ventilhülse 50 im Bereich des Druckanschlusses 48 einen zweiten Ringkanal 56 aufweist .
Der Ventilkolben 20 weist einen ersten mit dem Druckanschluß 48 über eine erste Radialbohrung 56 verbundenen Ringraum 57 auf, welcher über einen Dichtabschnitt 58 und einen radialen Vorsprung 59 des Ventilkolbens 20 abgedichtet ist. Ferner weist der Ventilkolben 20 einen über eine zweite Radialbohrung 60 mit dem Tankanschluß 47 verbundenen Ringraum 61 auf, welcher über einen Dichtabschnitt 62 und einen radialen Vorsprung 63 des Ventilkolbens 20 abgedichtet ist. An dem Übergang von dem ersten Ringraum 57 zu dem Vorsprung 59 ist dabei eine erste Steuerkante 64 ausgebildet, während an dem Übergang von dem zweiten Ringraum 51 zu dem Vorsprung 63 eine zweite Steuerkante 65 ausgebildet ist. Das Stellglied 21 übt über einen Stößel 66 eine Steuerkraft auf das der Rückstellfeder 34 gegenüberliegende zweite Ende 67 des Stellkolbens 20 aus.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 2 ist folgendermaßen:
Wenn an dem Druckanschluß 48 ein hydraulischer Druck ansteht und das Stellglied 21 keine Steuerkraft auf den Stellkolben 20 ausübt, so daß sich der Ventilkolben 20 in seiner in Fig. 2 dargestellten Grundstellung befindet, so öffnet die erste Steuerkante 64 die Verbindung zwischen dem Druckanschluß 48 und dem Verbindungskanal 51. In dem Stellvolumen 45 baut sich deshalb ein Stelldruck auf, welcher den Stellkolben 18 in Fig. 2 nach rechts in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen bzw. Neutralstellung verschiebt.
Wenn das Stellglied 21 auf den Ventilkolben 20 eine Steuerkraft ausübt, die den Ventilkolben 20 in Fig. 2 nach rechts verschiebt, so wird die erste Steuerkante 64 geschlossen und die zweite Steuerkante 65 verbindet den Tankanschluß 47 über den Verbindungskanal 51 mit dem Stellvolumen 45. Das Stellvolumen wird deshalb über den Tankanschluß 47 entlastet und der Stelldruck nimmt ab. Folglich wird der Stellkolben 18 in Fig. 2 nach links verschoben und die Schrägscheibe 12 schwenkt in Richtung auf größeres Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine aus. Gleichzeitig wird die Rückstellfeder 34 durch die Bewegung des Stellkolbens 18 vorgespannt und es entsteht eine der Steuerkraft des Stellglieds 21 entgegengerichtete Gegenkraft, die mit zunehmender Verschiebung des Steuerkolbens 18 in Fig. 2 nach links zunimmt. Wenn eine Gleichgewichtslage derart erreicht ist, daß die von dem Stellglied 21 ausgeübte Steuerkraft der von der Rückstellfeder 34 ausgeübten Gegenkraft entspricht, so befindet sich der Ventilkolben 20 in seiner Gleichgewichtslage, so daß weder die Steuerkante 64 noch die Steuerkante 65 öffnet und sich in dem Stellvolumen 45 ein konstanter Stelldruck einstellt. Das Hydraulikfluid entweicht aus dem Stellvolumen 45 langsam über die Drossel 54. Das entweichende Hydraulikmedium wird durch geringfügige Verschiebung des Stellkolbens 20 über die Steuerkante 64 kontinuierlich nachgeführt.
Wird durch das Stellglied 21 die auf den Stellkolben 20 ausgeübte Steuerkraft erhöht oder erniedrigt, so stellt sich eine neue Gleichgewichtslage ein, wobei jeweils die von dem Stellglied 21 ausgeübte Steuerkraft der von der Rückstellfeder 34 ausgeübten Gegenkraft entspricht. Die Gegenkraft der Rückstellfeder 34 ist der Stellung des Stellkolbens 18 proportional. Daher entspricht jede von dem Stellglied 21 vorgegebene Steuerkraft einer definierten Stellung des Stellkolbens 18 und somit einem definierten Schwenkwinkel α der Schwenkscheibe 12.
Als Stellglied 21 eignet sich besonders ein Elektromagnet, insbesondere ein Proportionalmagnet, dessen Kraft bzw. Auslenkung dem erregenden elektrischen Strom proportional ist. Als Stellglied 21 eignet sich jedoch auch ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor, welcher beispielsweise über eine Spindel und eine zwischen dem Stößel 66 und der Spindel angeordnete Feder auf den Stößel 66 eine der Drehstellung des Elektromotors proportionale Steuerkraft überträgt. Die auf das Ende 47 des Stellkolbens 20 ausgeübte Steuerkraft kann jedoch auch eine hydraulische Kraft sein, welche in einer an dem Ende 67 des Ventilkolbens 20 ausgebildete Druckkammer herrscht und auf die in Fig. 2 linke Stirnfläche des Ventilkolbens 20 einwirkt .
Um die Lage der Ventilhülse 50 und somit die Kennlinie des Steuerventils in gewissen Grenzen justieren zu können, ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ein justierbarer Anschlag 70 vorgesehen, wobei eine Andrückfeder 71 die Ventilhülse 50 an dem justierbaren Anschlag 70 in Anlage hält. Durch den justierbaren Anschlag 70 kann die relative Position der Steuerkanten 64 und 65 in Bezug auf die Querbohrung 53 des Verbindungskanals 51 einjustiert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der justierbare Anschlag 70 aus einer in das Gehäuse 6 eingeschraubten Justierschraube 30 mit Schraubenkopf 72 und Kontermutter 73. An dem in die Aufnahmebohrung 16 ragenden Ende der Justierschraube 30 befindet sich eine exzentrisch angebrachte Scheibe 74. Durch Verdrehen der Justierschraube 30 wird die Anschlagsposition, an welcher die Stirnfläche 75 der Ventilhülse 50 anschlägt, variiert, so daß die axiale Position der Ventilhülse 50 veränderbar ist.
In dem Ventilkolben 20 befindet sich im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Durchgangskanal 76, der das Stellvolumen 45 mit dem Federraum 77, welcher die Andrückfeder 71 aufnimmt, verbindet. Somit herrscht in Fig. 2 links von der Ventilhülse 50 der gleiche Druck als rechts von der Ventilhülse 50 und der in dem Stellvolumen 45 herrschende Stelldruck hat keinen Einfluß auf die axiale Position der Ventilhülse 50.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 3 ein hydraulisches Prizipschaltbild der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung 2 dargestellt. Bereits beschriebene Elemente sind auch hier mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.
Die im Ausführungsbeispiel als Hydropumpe arbeitende Axialkolbenmaschine 1 wird über die Welle 3 angetrieben, saugt Hydraulikfluid aus einem Tank 80 an und fördert das
Hydraulikfluid in einer Arbeitsleitung 81. Die
Arbeitsleitung 81 ist mit dem Druckanschluß 48 der
Verstellvorrichtung 2 verbunden. Dagegen ist der Tankanschluß 47 der Verstellvorrichtung 2 über ein
Druckbegrenzungsventil 82 entweder mit dem Tank 80 oder mit der Arbeitsleitung 81 verbunden. In der in Fig. 3 dargestellten Grundstellung des Druckbegrenzungsventils 82 verbindet das Druckbegrenzungsventil 82 den Tankanschluß 47 mit dem Tank 80.
Erkennbar sind ferner der Stellkolben 18, das Steuerventil 19 mit dem Ventilkolben 20, die zwischen dem Stellkolben 18 und dem Ventilkolben 20 angeordnete Rückstellfeder 35 und das im Ausführungsbeispiel als Proportionalmagnet ausgebildete Stellglied 21. Dargestellt ist ferner, daß die Volumina links und rechts des Stellkolbens 20 über den Durchgangskanal 76 miteinander verbunden sind.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel dient das Druckbegrenzungsventil 82 der Begrenzung des in der Arbeitsleitung 81 herrschenden Drucks auf einen Maximaldruck. Überschreitet der in der Arbeitsleitung 81 herrschende Druck den mittels der Feder 83 einstellbaren Maximaldruck, so verbindet das Druckbegrenzungsventil 82 den Tankanschluß 47, anstatt mit dem Tank 80 mit der Arbeitsleitung 81, so daß das Stellvolumen 45 nicht zum Tank 80 hin entlastet wird, sondern mit dem in der Arbeitsleitung 81 herrschenden Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Die Axialkolbenmaschine 1 wird deshalb durch den Stellkolben 18 in Richtung auf minimales Verdrängungsvolumen Vmin bzw. in Richtung Neutralstellung zurückgeschwenkt. Mit Vmax ist in Fig. 3 das maximale Verdrängungsvolumen bezeichnet, daß sich einstellt, wenn der Stellkolben 18 in Fig. 2 an seinem linken Anschlag anschlägt .
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch bei einer Verstellvorrichtung 2 in anderer Bauweise bzw. bei
Axialkolbenmaschinen 1 in anderer Bauweise zum Einsatz kommen. Zu betonen ist, daß der Verstellweg des
Stellkolbens 18 unabhängig von dem Verstellweg des Ventilkolbens 20 ist und sich trotz einer nur sehr geringen
Verstellung des Ventilkolbens 20 ein sehr großer
Verstellweg des Stellkolbens 18 erreichen läßt. Eine
Übersetzung des Verstellwegs des Stellkolbens 18 ist deshalb nicht erforderlich.

Claims

Ansprüche
1. Verstellvorrichtung (1) zum Verstellen der Schrägscheibe (12) einer Axialkolbenmaschine (1) in Schrägscheibenbauweise mit einem an der Schrägscheibe (21) der Axialkolbenmaschine (1) angreifenden Stellkolben (18) und einem Steuerventil (19) zum Einstellen des in einem Stellvolumen (45) herrschenden und auf den Stellkolben (18) einwirkenden Stelldrucks in Abhängigkeit von einer auf einen Ventilkolben (20) des Steuerventils (19) einwirkenden Steuerkraft, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (18) von dem Steuerventil (19) baulich getrennt ist und der Stellkolben (18) mit dem Ventilkolben (20) des Steuerventils (19) über eine entgegen der Steuerkraft wirkende Rückstellfeder (34) verbunden ist.
2. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Rückstellfeder (34) von der Stellung des Stellkolbens (18) abhängig ist.
3. Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfeder (34) in einem Hohlraum (33) des topfförmig ausgebildeten Stellkolbens (18) integriert ist.
4. Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (33) des Stellkolbens (18) einen Federteller (39) aufnimmt, der mit dem Ventilkolben (20) verbunden ist, wobei die Rückstellfeder (34) zwischen dem Boden (35) des topfförmigen Stellkolbens (18) und dem Federteller (39) eingespannt ist.
5. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (20) des Steuerventils (19) in einer Ventilhülse (50) bewegbar ist.
6. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (50) einen mit dem Stellvolumen (45) verbundenen Verbindungskanal (51) aufweist und der Ventilkolben (20) eine erste Steuerkante (64) zur Verbindung des Verbindungskanals (51) mit einem Druckanschluß (48) und eine zweite Steuerkante (65) zur Verbindung des Verbindungskanals (51) mit einem Tankanschluß (47) aufweist.
7. Verstellvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (50) eine Drossel (54) aufweist, um den Verbindungskanal (51) gedrosselt mit dem Tankanschluß (47) zu verbinden.
8. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkolben (20) eine mit dem Stellvolumen (45) verbundenen Durchgangskanal (76) aufweist, um die Ventilhülse (50) beidseitig mit dem Stelldruck zu beaufschlagen, so daß die Position der Ventilhülse (50) von dem Stelldruck und der Stellung der Schrägscheibe (12) unabhängig ist.
9. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilhülse (50) von einer Andrückfeder (71) gegen einen justierbaren Anschlag (70) gedrückt wird, wobei die axiale Position der Ventilhülse (50) mittels des justierbaren Anschlags (70) einstellbar ist.
10. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkraft von einem Elektromagneten (21) , insbesondere einem Proportionalmagneten, erzeugt wird.
11. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkraft von einem Elektromotor, insbesondere einem Schrittmotor, erzeugt wird.
12. Verstellvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (21) oder Elektromotor mit dem Ventilkolben (20) über einen Stößel ( 66 ) verbunden ist, der an dem Ventilkolben (20) an einem der Rückstellfeder (34) gegenüberliegenden Ende (67) angreift.
13. Verstellvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (18) und das Steuerventil (19) in eine Aufnahmebohrung (16) eines Gehäuses (6) der Axialkolbenmaschine (1) axial versetzt zueinander einsetzbar sind.
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