Hydrostatische Kolbenmaschine mit drehbarer Steuerscheibe
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine, welche zur Förderung in zwei hydraulische Kreisläufe vorgesehen ist .
Für verschiedene Anwendungen kann es vorteilhaft sein, eine hydrostatische Kolbenmaschine vorzusehen, welche an zwei getrennte hydraulische Kreisläufe angeschlossen ist. Dabei ist es insbesondere von Interesse, bei einer so ausgeführten Pumpe das Fördervolumen individuell für die beiden unterschiedlichen hydraulischen Kreisläufe verändern zu können. Aus der DE 103 58 728 Al ist eine solche Axialkolbenmaschine bekannt . Die Axialkolbenmaschine weist eine drehbar in einem Gehäuse angeordnete Zylindertrommel auf. In der Zylindertrommel ist eine erste Gruppe von Zylinderbohrungen sowie eine zweite Gruppe von Zylinderbohrungen angeordnet. In den Zylinderbohrungen sind jeweils längsverschieblich Kolben angeordnet, die sich zum Erzeugen eines Kolbenhubs auf einer Schrägscheibe abstützen.
Die Schrägscheibe ist um eine erste Schwenkachse und um eine zweite Schwenkachse neigbar, so dass das Fördervolumen für den ersten und den zweiten hydraulischen Kreislauf eingestellt werden kann. Die erste und die zweite Schwenkachse stehen vorzugsweise senkrecht aufeinander. Dementsprechend sind in einer Steuerplatte, welche die zweiteilige Verbindung der Zylinderbohrungen mit den Anschlüssen des ersten bzw. des zweiten hydraulischen Kreislauf ermöglicht, Steuerschlitze angeordnet. Die beiden Steuerschlitze für die erste Gruppe von Zylinderbohrungen und die beiden Steuerschlitze für die zweite Gruppe von Zylinderbohrungen sind dabei um 90° zueinander gedreht, so dass jeweils eine Neigung um die erste Schwenkachse eine Änderung des Fördervolumens in dem ersten hydraulischen Kreislauf und eine Neigung der Schrägscheibe um die zweite Schwenkachse eine Änderung des
Fördervolumens in dem zweiten hydraulischen Kreislauf bewirkt .
Bei der aus der DE 103 58 728 Al bekannten Axialkolbenmaschine ist es nachteilig, dass die Anordnung der ersten Steuerschlitze und der zweiten Steuerschlitze relativ zueinander fest vorgegeben ist. Insbesondere ist auch deren Lage relativ zu den Schwenkachsen fest eingestellt. Für den Fall, dass nicht nur in dem ersten oder in dem zweiten hydraulischen Kreislauf durch die
Pumpe ein Förderstrom erzeugt werden soll, überschreiten daher die Kolben ihren oberen bzw. unteren Totpunkt, während die entsprechende Zylinderbohrung mit einem der Steuerschlitze kommuniziert. Dies führt zu einer unerwünschten Reduzierung des Wirkungsgrads. Um dies zu vermeiden, wäre insbesondere für die gleichzeitige Einstellung des Fördervolumens in dem ersten und in dem zweiten Kreislauf eine Anpassung der Lage der ersten Steuerschlitze und der zweiten Steuerschlitze zueinander sowie zur Lage der resultierenden Neigung der Schrägscheibe erforderlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Kolbenmaschine zu schaffen, welche hinsichtlich ihres Wirkungsgrads bei einer gleichzeitigen Förderung in den ersten und den zweiten Kreislauf verbessert ist.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine weist ein Gehäuse auf, in dem eine Zylindertrommel drehbar angeordnet ist. In der Zylindertrommel ist eine erste Gruppe von Zylinderbohrungen und eine zweite Gruppe von Zylinderbohrungen angeordnet. Die erste Gruppe von Zylinderbohrungen kommuniziert über erste Steuerschlitze,
die in einer Steuerplatte angeordnet sind, bei einer Rotation der Zylindertrommel zeitweilig mit den Anschlüssen eines ersten hydrostatischen Kreislaufs. Die erste Gruppe von Zylinderbohrungen wird somit über die ersten Steuerschlitze mit einem saugseitigen bzw. einem druckseitigen Anschluss des ersten hydraulischen Kreislaufs während einer Umdrehung der Zylindertrommel verbunden. In entsprechender Weise wird eine zweite Gruppe von Zylinderbohrungen, die ebenfalls in der Zylindertrommel angeordnet sind, zeitweilig über zweite Steuerschlitze der Steuerplatte mit einem zweiten Kreislauf förder- bzw. saugseitig verbunden. Zum Erzeugen eines Volumenstroms sind in den Zylinderbohrungen der ersten Gruppe sowie den Zylinderbohrungen der zweiten Gruppe Kolben längsverschieblich angeordnet. Die Kolben stützen sich zum Erzeugen eines Kolbenhubs bei einer Drehung der Zylindertrommel auf einer Schrägscheibe ab. Die Schrägscheibe ist um zumindest eine Schwenkachse neigbar. Erfindungsgemäß ist zum Anpassen der Lage der Steuerschlitze an die durch die Einstellung der
Schrägscheibe vorgegebene Lage des oberen und des unteren Totpunkts die Lage der Steuerschlitze relativ zu der zumindest einen Schwenkachse änderbar.
Durch die Anpassung der Lage der Steuerschlitze relativ zu der zumindest einen Schwenkachse können die Steuerschlitze jeweils so orientiert werden, dass die zwischen den Steuerschlitzen angeordneten Totpunktbereiche in der Steuerplatte im Bereich des oberen bzw. des unteren Totpunkts der Kolben angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, dass während die Zylinderbohrungen der ersten bzw. der zweiten Gruppe mit den jeweiligen Steuerschlitzen in Verbindung stehen, ein reiner Saughub, bzw. ein reiner Druckhub durch die Kolben durchgeführt wird ohne dass die Kolben den oberen oder unteren Totpunkt überschreiten. Die Umkehr von einem Saughub zu einem Druckhub im Bereich des oberen bzw. des unteren Totpunkts erfolgt damit in einem zwischen den ersten Steuerschlitzen bzw. zwischen den
zweiten Steuerschlitzen liegenden Totpunktbereichs der Steuerplatte .
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine ausgeführt .
Insbesondere ist es vorteilhaft, die Änderung der relativen Lage der ersten Steuerschlitze und die Änderung der Lage der zweiten Steuerschlitze unterschiedlich auszuführen. Dabei ist es weiterhin insbesondere vorteilhaft, die relative Lageänderung der ersten Steuerschlitze und die Lageänderung der zweiten Steuerschlitze abhängig voneinander auszuführen, wobei beispielsweise der Drehwinkel der Lageänderung für die ersten Steuerschlitze sich von einem Drehwinkel der Lageänderung der zweiten Steuerschlitze unterscheidet, zu diesen jedoch in einem festen Verhältnis steht.
Je nach Anwendungsfall kann es insbesondere vorteilhaft sein, die Lage der ersten Steuerschlitze und die Lage der zweiten Steuerschlitze gleichsinnig zu ändern. Das bedeutet, dass die Drehrichtung, in der die Änderung der relativen Lage zu der zumindest einen Schwenkachse der Schrägscheibe durchgeführt wird, für die ersten
Steuerschlitze und für die zweiten Steuerschlitze gleich ist. In einem anderen Anwendungsfall kann es dagegen vorteilhaft sein, dass sich die in Abhängigkeit voneinander durchgeführte Lageänderung der ersten Steuerschlitze und der zweiten Steuerschlitze in entgegengesetzter Richtung erfolgt.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Lage der ersten Steuerschlitze und die Lage der zweiten Steuerschlitze unabhängig voneinander ändern zu können. Eine solche Ausführung kann z. B. vorteilhaft sein, wenn mit den beiden hydraulischen Kreisläufen ein Motor bzw. ein Zylinder mit Druckmittel versorgt werden. Ein weiteres Beispiel hierfür ist die Kombination eines Fahrantriebs in
dem einen hydraulischen Kreislauf mit einer Arbeitshydraulik in dem anderen hydraulischen Kreislauf.
Zur Anpassung der relativen Lage der ersten Steuerschlitze und/oder der zweiten Steuerschlitze zu der zumindest einen Schwenkachse der Schrägscheibe ist es vorteilhaft, die Steuerplatte mit einem ersten Steuerplattenring und mit einem zweiten Steuerplattenring auszuführen. Die beiden Steuerplattenringe weisen unterschiedliche Durchmesser auf, so dass vorzugsweise der zweite Steuerplattenring in dem ersten Steuerplattenring angeordnet ist und diesen zentriert . Der erste Steuerplattenring umfasst dabei die ersten Steuerschlitze und der zweite Steuerplattenring die zweiten Steuerschlitze.
Eine bevorzugte Ausführungsform ergibt sich, wenn der erste Steuerplattenring als Stirnrad ausgebildet ist und/oder der zweite Steuerplattenring als Hohlrad ausgebildet ist und zumindest einer der beiden Steuerplattenringe mit einer Verzahnung eines
Stellelements zusammenwirkt. Auf diese Weise kann die Verstellung der relativen Lage entweder über den ersten Steuerplattenring oder aber über den zweiten Steuerplattenring erfolgen. Sind der erste Steuerplattenring als Stirnrad und der zweite
Steuerplattenring als Hohlrad ausgeführt, so kann zudem eine unabhängige Verstellung durch jeweils ein Stellelement durchgeführt werden.
Für den Fall, dass eine entgegengesetzte Verstellung der ersten Steuerschlitze und der zweiten Steuerschlitze durchzuführen ist, wird bevorzugt der erste Steuerplattenring als Hohlrad eines Plantetengetriebes und der zweite Steuerplattenring als Sonnenrad des Planetengetriebes ausgeführt . Auf diese Weise ist es ausreichend, entweder den ersten Steuerplattenring oder den zweiten Steuerplattenring durch ein Stellelement zu verstellen. Gehäuseseitig fixierte Planetenräder
übertragen unter Umkehr der Drehrichtung die Stellbewegung auf den jeweils anderen Steuerplattenring.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei wird anhand der Figuren 1 bis 4 zunächst generell die Wirkungsweise einer hydrostatischen Kolbenmaschine nach dem Stand der Technik erläutert, die für eine Förderung von Druckmittel in zwei getrennte Kreisläufe vorgesehen ist. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer
Axialkolbenmaschine zum Fördern in zwei getrennte hydraulische Kreisläufe;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Triebwerks der Axialkolbenmaschine nach Fig. 1;
Fig. 3 eine schematische Darstellung mit einer um eine erste Schwenkachse geneigten Schrägscheibe;
Fig. 4 eine schematische Darstellung mit einer um eine zweite Schwenkachse geneigten Schrägscheibe;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer verstellbaren Steuerplatte für eine hydrostatische Kolbenmaschine;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der Rückseite der in Fig. 1 gezeigten verstellbaren Steuerplatte;
Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine verstellbare Steuerplatte und
Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel für eine verstellbare Steuerplatte.
Bevor auf eine konkrete Umsetzung zur Erzeugung der
Änderung der relativen Lage von Steuerschlitzen in einer Steuerplatte bezüglich einer Schwenkachse einer hydrostatischen Kolbenmaschine erläutert wird, soll zunächst zum besseren Verständnis der Aufbau und die Funktion einer hydrostatischen Kolbenmaschine, die zum Fördern von Druckmittel in zwei unabhängige hydraulische Kreisläufe vorgesehen ist, erläutert werden.
In dem in Fig. 1 dargestellten Längsschnitt einer hydrostatischen Kolbenmaschine 1 ist es gezeigt, wie eine gemeinsame Antriebswelle 2 durch ein Rollenlager 3 an einem Ende eines Gehäuses 4 gelagert ist. Zusätzlich ist die gemeinsame Antriebswelle 2 in einem Gleitlager 6 gelagert, welches in einer Anschlussplatte 5 angeordnet ist, die das Gehäuse 4 an dem gegenüberliegenden Ende verschließt .
In der Anschlussplatte 5 ist eine, die Anschlussplatte 5 vollständig in axialer Richtung durchdringende Ausnehmung 7 ausgebildet, in der zum einen das Gleitlager 6 angeordnet ist und die zum anderen von der gemeinsamen Antriebswelle 2 durchdrungen ist. Auf der von dem Gehäuse 4 abgewandten Seite der Anschlussplatte 5 ist in eine radiale Erweiterung der Ausnehmung 7 eine Hilfspumpe 8 eingesetzt. Zum Antreiben der Hilfspumpe 8 weist die gemeinsame Antriebswelle 2 eine Verzahnung 9 auf, die mit einer entsprechenden Verzahnung einer Hilfspumpenwelle 10 im Eingriff ist. Die Hilfspumpenwelle 10 ist in der Ausnehmung 7 durch ein erstes Hilfspumpengleitlager 11 und
durch ein zweites Hilfspumpengleitlager 12 in einer Hilfspumpenanschlussplatte 13 gelagert.
Auf der Hilfspumpenwelle 10 ist ein Hilfspumpen-Zahnrad 14 angeordnet, welches im Eingriff mit einem Hilfspumpen- Hohlrad 15 ist. Über das Hilfspumpen-Zahnrad 14 wird das Hilfspumpen-Hohlrad 15, das drehbar in der Hilfspumpenanschlussplatte 13 angeordnet ist, ebenfalls von der Hilfspumpenwelle 10 und damit letztlich von der gemeinsamen Antriebswelle 2 angetrieben. In der
Hilfspumpenanschlussplatte 13 sind der saug- und der druckseitige Anschluss für die Hilfspumpe 8 ausgebildet. Die Hilfspumpe 8 wird durch einen Deckel 16, der an der Anschlussplatte 5 montiert ist, in der radialen Erweiterung der Ausnehmung 7 der Anschlussplatte 5 fixiert .
Der Innenring des Rollenlagers 3 ist in axialer Richtung auf der gemeinsamen Antriebswelle 2 fixiert . Der Innenring liegt einerseits an einem Bund 17 der gemeinsamen
Antriebswelle 2 an und ist auf der anderen Seite durch einen Sicherungsring 18 in dieser axialen Position gehalten, der in einer Nut der gemeinsamen Antriebswelle 2 eingesetzt ist. Die axiale Position des Rollenlagers 3 bezüglich des Gehäuses 4 wird durch einen weiteren
Sicherungsring 19 bestimmt, der in eine umlaufende Nut der Wellenöffnung 20 eingesetzt ist. Auf der anderen Seite liegt das Rollenlager 3, an einer nicht dargestellten Gehäuseschulter des Gehäuses 4 an. In Richtung der Außenseite des Gehäuses 4 ist in der Wellenöffnung 20 außerdem ein Dichtring 21 und abschließend ein weiterer Sicherungsring 22 angeordnet, wobei der Sicherungsring 22 in eine umlaufende Nut der Wellenöffnung 20 eingesetzt ist.
An dem aus dem Gehäuse 4 herausragenden Ende der gemeinsamen Antriebswelle 2 ist eine Antriebsverzahnung 23 ausgebildet, über die die hydrostatische Kolbenmaschine durch eine nicht dargestellte Antriebsmaschine angetrieben wird.
Im Inneren des Gehäuses 4 ist eine Zylindertrommel 24 angeordnet, die eine zentrale Durchgangsöffnung 25 aufweist, welche von der gemeinsamen Antriebswelle 2 durchdrungen wird. Über eine Mitnahmeverzahnung 26 ist die Zylindertrommel 24 verdrehgesichert, aber in axialer Richtung verschiebbar mit der gemeinsamen Antriebswelle 2 verbunden, so dass sich eine Drehbewegung der gemeinsamen Antriebswelle 2 auf die Zylindertrommel 24 überträgt.
In eine in der zentralen Durchgangsöffnung 25 ausgebildeten umlaufenden Nut ist ein weiterer Sicherungsring 27 eingesetzt, an dem eine erste Stützscheibe 28 anliegt. Die erste Stützscheibe 28 bildet ein erstes Federlager für eine Druckfeder 29 aus. Ein zweites Federlager für die Druckfeder 29 wird durch eine zweite Stützscheibe 30 gebildet, die sich an der Stirnseite der Mitnahmeverzahnung 26 abstützt. Die Druckfeder 29 übt damit einerseits auf die gemeinsame
Antriebswelle 2 und andererseits auf die Zylindertrommel 24 eine Kraft in jeweils entgegengesetzt axialer Richtung aus. Die gemeinsame Antriebswelle 2 wird so belastet, dass der Außenring des Rollenlagers 3 sich an dem Sicherungsring 19 abstützt.
In entgegengesetzter Richtung wirkt die Druckfeder 29 auf die Zylindertrommel 24, die mit einer an der Stirnseite der Zylindertrommel 24 ausgebildeten sphärischen
Vertiefung 31, in Anlage an einer Steuerplatte 32 gehalten wird. Die Steuerplatte 32 liegt wiederum mit der von der Zylindertrommel 24 abgewandten Seite dichtend an der Anschlussplatte 5 an. Durch die sphärische Vertiefung 31, die mit einer entsprechenden sphärischen Ausformung der Steuerplatte 32 korrespondiert, wird die Zylindertrommel 24 zentriert. Die Steuerplatte 32 kann auch als ebene Scheibe ausgeführt sein, wenn beispielsweise durch eine in anderer Weise realisierte Zentrierung der Zylindertrommel 24 zusammen mit einer sphärischen Steuerplatte 32 zu einer Überbestimmung führen würde.
In die Zylindertrommel 24 sind über einen gemeinsamen Teilkreis verteilt Zylinderbohrungen 33 eingebracht, in denen Kolben 34 angeordnet sind, die in den
Zylinderbohrungen 33 längsverschieblich sind. An dem von der sphärischen Vertiefung 31 abgewandten Ende ragen die Kolben 34 teilweise aus der Zylindertrommel 24 heraus. An diesem Ende ist an den Kolben 34 jeweils ein Gleitschuh 35 befestigt, über den sich die Kolben 34 auf einer Lauffläche 36 einer Schrägscheibe 37 abstützen.
Zum Erzeugen einer Hubbewegung der Kolben 34 ist der Winkel, den die Lauffläche 36 der Schrägscheibe 37 mit einer Mittelachse 40 einschließt, veränderbar. Die Schrägscheibe 37 kann hierzu durch eine
Verstelleinrichtung 38 in ihrer Neigung verstellt werden. Zum Aufnehmen der Kräfte, die durch die Gleitschuhe 35 auf die Schrägscheibe 37 übertragen werden, ist die Schrägscheibe 37 in dem Gehäuse 4 gelagert.
Zum Anschließen der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 an einen ersten hydraulischen Kreislauf und an einen zweiten hydraulischen Kreislauf sind in der Anschlussplatte 5
schematisch ein erster Anschluss 39 und ein zweiter Anschluss 39' dargestellt, die in nicht gezeigter Weise über die Steuerplatte 32 mit den Zylinderbohrungen 33 verbindbar sind.
Eine vergrößerte Darstellung der im Inneren des Gehäuses 4 zusammenwirkenden Bauteile ist in Fig. 2 dargestellt.
Zum Ausführen einer Schwenkbewegung ist die Schrägscheibe 37 an einen Gleitstein 44 gekoppelt, der auf nicht dargestellte Weise die Schrägscheibe 37 um eine in der Zeichenebene liegende Schwenkachse dreht.
Die in Fig. 1 allgemein mit 33 bezeichneten Zylinderbohrungen unterteilen sich in eine erste Gruppe von Zylinderbohrungen 33.1 und eine zweite Gruppe von Zylinderbohrungen 33.2. Wie es bei den Ausführungen zu Fig. 1 bereits kurz erläutert wurde, ist an dem von der Steuerplatte 32 abgewandten Ende der Kolben 34 jeweils ein Gleitschuh 35 angeordnet. Der Gleitschuh 35 ist mit einer Ausnehmung an einem kugelförmigen Kopf des Kolbens 34 befestigt, so dass der Gleitschuh 35 beweglich an dem Kolben 34 fixiert ist und Zug- und Druckkräfte übertragbar sind.
An dem Gleitschuh 35 ist eine Gleitfläche 45 ausgebildet, mit der sich der Gleitschuh 35 und damit der Kolben 34 auf der Lauffläche 36 der Schrägscheibe 37 abstützt. In der Gleitfläche 45 sind Schmierölnuten ausgebildet, die über einen in dem Gleitschuh 35 ausgebildeten Schmierölkanal 46, der in dem Kolben 34 als Schmierölbohrung 46' fortgesetzt wird, mit den in der Zylindertrommel 24 ausgebildeten Zylinderbohrungen 33 verbunden sind.
Durch das Abstützen der Gleitschuhe 35 an der Lauffläche 36 führen die Kolben 34 bei Rotation der gemeinsamen Antriebswelle 2 eine Hubbewegung zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt aus, durch die das in den Zylinderräumen in der Zylindertrommel 24 befindliche Druckmittel unter Druck gesetzt wird. Die Gleitschuhe 35 sind auf der Lauffläche 36 der Schrägscheibe 37 hydrostatisch entlastet .
Um das Druckmittel aus den Zylinderräumen in den ersten bzw. zweiten hydraulischen Kreislauf zu fördern, sind mit den Zylinderbohrungen der ersten Gruppe 33.1 bzw. den Zylinderbohrungen der zweiten Gruppe 33.2 jeweils erste Verbindungskanäle 47.1 bzw. zweite Verbindungskanäle 47.2 verbunden. Die ersten und zweiten Verbindungskanäle 47.1 und 47.2 verlaufen von den Zylinderbohrungen der ersten Gruppe 33.1 bzw. den Zylinderbohrungen der zweiten Gruppe 33.2 zu der sphärischen Vertiefung 31, die an einer Stirnseite 48 der Zylindertrommel 24 ausgebildet ist.
In der Steuerplatte 32 sind erste Steuerschlitze 50 und 51 ausgebildet, die die Steuerplatte 32 in axialer Richtung durchdringen .
Weiterhin sind in der Steuerplatte 32 zweite
Steuerschlitze ausgebildet, die wegen der Lage der Schnittebene in der Fig. 2 nicht erkennbar sind. Während die ersten Steuerschlitze 50 und 51 über die Anschlussplatte 5 mit Arbeitsleitungen des ersten hydraulischen Kreislaufs verbunden sind, sind in entsprechender Weise die zweiten Steuerschlitze mit den beiden Arbeitsleitungen des zweiten hydraulischen Kreislauf verbunden.
Die ersten Steuerschlitze 50 und 51 weisen einen identischen ersten Abstand R1 von der Mittelachse 40 der Zylindertrommel 24 auf, der größer ist als der wiederum für die zweiten Steuerschlitze identische Abstand R2. Während einer Umdrehung der gemeinsamen Antriebswelle 2 werden die ersten Verbindungskanäle 47.1 nacheinander mit der ersten Steuerniere 50 und der zweiten Steuerniere 51 verbunden, so dass aufgrund der Hubbewegung der in den Zylinderbohrungen 33.1 der ersten Gruppe angeordneten Kolben 34 das Druckmittel über den einen ersten
Steuerschlitz 51 angesaugt und über den anderen ersten Steuerschitz 50 in die druckseitige Arbeitsleitung des ersten hydraulischen Kreislaufs gepumpt wird.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die ersten Verbindungskanäle 47.1 so in der Zylindertrommel 24 angeordnet, dass der erste Abstand R1 der Ausmündung an der Stirnseite 48 größer ist als der zweite Abstand R2, in dem die zweiten Verbindungskanäle 47.2 an der Stirnseite 48 ausmünden. Die zweiten Verbindungskanäle 47.2 weisen eine radiale Richtungskomponente auf und münden dementsprechend an der Stirnseite 48 der Zylindertrommel 24 mit dem zweiten Abstand R2 aus, der mit dem Abstand der zweiten Steuerschlitze von der Mittelachse 40 korrespondiert . Während einer Umdrehung der gemeinsamen Antriebswelle 2 werden damit die Zylinderbohrungen der zweiten Gruppe 33.2 über die zweiten Verbindungskanäle 47.2 abwechselnd mit den beiden zweiten Steuerschlitzen verbunden .
Um während eines Saughubs ein Abheben der Gleitschuhe 35 von der Lauffläche 36 der Schrägscheibe 37 zu verhindern, ist eine Rückzugplatte 52 vorgesehen, welche die Gleitschuhe 35 an einem hierfür vorgesehenen Absatz
umgreift. Die Rückzugplatte 52 weist z. B. eine kugelförmige, zentrale Ausnehmung 53 auf, mit der sie sich an einer Rückzugkugel 54 abstützt, die an dem von der Stirnseite 48 abgewandten Ende der Zylindertrommel 24 angeordnet ist.
In Fig. 3 ist gezeigt, wie ausgehend von einer Axialkolbenmaschine der Fig. 1 und 2, mit einer Schrägscheibe 37' eine unabhängige Einstellung der Fördermengen für die beiden hydraulischen Kreisläufe erreicht werden kann.
Die Schrägscheibe 37' ist um eine erste Schwenkachse 55 und um eine zweite Schwenkachse 56 neigbar. Die erste und die zweite Schwenkachse 55 und 56 liegen in der Ebene der Lauffläche 36 der Schrägscheibe 37 und schließen, wenn die Axialkolbenmaschine auf Nullfördervolumen in beiden hydraulischen Kreisläufen eingestellt ist, mit der Mittelachse 40 einen Winkel von 90° ein.
In der Fig. 3 ist dargestellt, dass die Schrägscheibe 37' um die zweite Schwenkachse 56 geneigt ist. Damit wird ein effektiver Hub zum Fördern von Druckmittel z. B. in den zweiten hydraulischen Kreislauf erzeugt. Als effektiver Hub wird dabei eine Bewegung der Kolben 34 bezeichnet, die zu einem tatsächlichen Fördern von Druckmittel führt.
Die zweiten Verbindungskanäle 47.2 bewegen sich während einer halben Umdrehung der Zylindertrommel 24 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt im wesentlichen entlang des einen zweiten Steuerschlitzes 57, so dass das Druckmittel in die druckseitige Arbeitsleitung des zweiten hydraulischen Kreislaufs gedrückt wird. Während der zweiten Hälfte eines Umlaufs der Zylindertrommel 24
bewegen sich dementsprechend die zweiten Verbindungskanäle 47.2 auf dem Weg von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt im wesentlichen entlang des anderen zweiten Steuerschlitzes 58 und führen einen Saughub aus.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Schwenkachse 55 und die zweite Schwenkachse 56 in einem rechten Winkel zueinander angeordnet .
Eine Förderung in den ersten hydraulischen Kreislauf findet bei der gezeigten Auslenkung der Schrägscheibe 37 ' nicht statt. Die Lage der ersten Steuerschlitze 50 und 51 ist symmetrisch bezüglich der Lage des oberen bzw. unteren Totpunkts, so dass trotz der Verwendung der gemeinsamen Schrägscheibe 37' in dem ersten hydraulischen Kreislauf lediglich eine Pulsation erzeugt wird, solange die Schrägscheibe 37' nicht zusätzlich um die erste Schwenkachse 55 geneigt wird.
Für eine Förderung ausschließlich in den ersten oder den zweiten hydraulischen Kreislauf sind die ersten und die zweiten Steuerschlitze 50, 51, 57, 58 vorzugsweise um 90° gegeneinander verdreht in der Steuerplatte 32 angeordnet. Die zweiten Steuerschlitze 57, 58 sind dabei symmetrisch zu einer Projektion 56' der zweiten Schwenkachse 56 in die Ebene der Steuerplatte 32 ausgebildet. Die ersten Steuerschlitze 50, 51 sind entsprechend symmetrisch bezüglich einer (nicht dargestellten) Projektion der ersten Schwenkachse 55 ausgebildet. Dies ist jedoch für eine variable Einstellung der Fördermengen beider Kreisläufe nachteilig.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die erste Schwenkachse 55 und die zweite Schwenkachse 56 im
rechten Winkel zueinander angeordnet, wobei beide Schwenkachsen 55 und 56 in der Ebene der Lauffläche 36 liegen. Der Schnittpunkt der ersten Schwenkachse 55 mit der zweiten Schwenkachse 56 fällt mit dem Schnittpunkt beider Schwenkachsen 55 und 56 mit der Mittelachse 40 zusammen.
Auf ihrer von der Lauffläche 36 abgewandten Seite ist die Schrägscheibe 37' zumindest in einem an die Lauffläche 36 angrenzenden Bereich 59 halbkugelförmig ausgestaltet. Als Lager kann ein Kugellager oder ein Gleitlager vorgesehen werden, um die Schrägscheibe 37' abzustützen und ihre Drehung zu ermöglichen. Um die axiale Baulänge der Axialkolbenmaschine so niedrig wie möglich zu halten, ist der halbkugelförmige Bereich 59 durch eine vorzugsweise parallel zu der Lauffläche 36 ausgebildete Abflachung 63 begrenzt .
Das Einstellen der Neigung der Schrägscheibe 37' kann entweder über eine separate Verstelleinrichtung für jede Schwenkachse 55 und 56 erfolgen, wobei in Fig. 1 nur die Verstelleinrichtung für die Schwenkachse 55 dargestellt ist und die Verstelleinrichtung für die Schwenkachse 56 in der Schnittdarstellung nicht zu erkennen ist, oder aber über eine gemeinsame Verstelleinrichtung, über die ein resultierender Neigungswinkel der Schrägscheibe 37' eingestellt wird.
In Fig. 4 ist gezeigt, dass die Schrägscheibe 37' sich bezüglich der zweiten Schwenkachse 56 in ihrer neutralen Position befindet, bezüglich ihrer ersten Schwenkachse 55 dagegen geneigt ist. Damit wird ein effektiver Hub lediglich für diejenigen Kolben 34 erzeugt, welche über die ersten Verbindungskanäle 47.1 während eines Umlaufs
der Zylindertrommel 24 abwechselnd mit dem einen ersten Steuerschlitz 50 und dem anderen ersten Steuerschlitz 51 verbunden werden.
Diejenigen Kolben dagegen, welche über die zweiten
Verbindungskanäle 47.2 mit den zweiten Steuerschlitzen 57 bzw. 58 verbindbar sind, führen in dem Bereich, in dem eine Verbindung mit dem jeweiligen hydraulischen Kreislauf hergestellt ist, lediglich eine Bewegung um den unteren Totpunkt bzw. um dem oberen Totpunkt aus, die wiederum lediglich eine geringe Pulsation in den Arbeitsleitungen des zweiten hydraulischen Kreislauf erzeugt.
In der Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel für eine verstellbare Steuerplatte 32' dargestellt. In der perspektivischen Darstellung der Steuerplatte 32' ist die zu der Anschlussplatte 5 der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 hin orientierte Seite der Steuerplatte 32' gezeigt. Die Steuerplatte 32' umfasst einen ersten Steuerplattenring 70 und einen zweiten Steuerplattenring 71. Der erste Steuerplattenring 70 und der zweite Steuerplattenring 71 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet und bilden zusammen die Steuerplatte 32'. Hierzu ist der Außendurchmesser des zweiten Steuerplattenrings 71 so bemessen, dass der zweite Steuerplattenring 71 in einer zentralen Ausnehmung des ersten Steuerplattenrings 70 angeordnet werden kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden der erste Steuerplattenring 70 und der zweite Steuerplattenring 71 ein Hohlrad bzw. ein Sonnenrad eines Planetengetriebes. Zum Erzeugen einer Drehbewegung an dem ersten Steuerplattenring 70 ist an der äußeren Stirnseite eine erste Verzahnung 72 ausgebildet.
Gegenüber dem inneren Umfangsrand des ersten Steuerplattenrings 70 in radialer Richtung zurückversetzt ist über einen Teil der Dicke des ersten Steuerplattenrings 70 eine zweite Verzahnung 73 ausgebildet. In entsprechender Weise ist gegenüber dem äußeren Umfangsrand des zweiten Steuerplattenrings 71 in radialer Richtung zurückversetzt eine dritte Verzahnung 74 an den zweiten Steuerplattenring 71 ausgebildet. Zwischen der zweiten Verzahnung 73 des ersten Steuerplattenrings 70 und der dritten Verzahnung 74 des zweiten Steuerplattenrings 71 sind Planetenräder 75.1, 75.2 und 75.3 angeordnet. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist die Lagerung der Planetenräder 75.1, 75.2 und 75.3 nicht dargestellt. Die Planetenräder 75.1, 75.2 und 75.3 sind um ihre Mittelachsen drehbar aber ortsfest in dem Gehäuse 4 der Kolbenmaschine 1 angeordnet .
Die beiden ersten Steuerschlitze 50 und 51 werden an ihrer der Anschlussplatte 5 zugewandten Seite durch jeweils vier Steuerschlitzteile 50.1 bis 50.4 bzw. 51.1 bis 51.4 gebildet. Entsprechend werden die zweiten Steuerschlitze 57 bzw. 58 durch Steuerschlitzteile 57.1 bis 57.4 bzw. 58.1 bis 58.4 gebildet. Zwischen den Steuerschlitzteilen 50.1 bis 50.4 und den Steuerschlitzteilen 51.1 bis 51.4 sind erste Totpunktbereiche 86 bzw. 87 ausgebildet. In entsprechender Weise sind zwischen den zweiten Steuerschlitzteilen 57.1 bis 57.4 und 58.1 bis 58.4 zweite Totpunktbereiche 88 bzw. 89 ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen hydrostatischen Kolbenmaschine wird die Lage dieser ersten Totpunktbereiche 86, 87 bzw. zweiten Totpunktbereiche 88 bzw. 89 an die sich aufgrund der Neigung der Schrägscheibe 37 ergebenden oberen und unteren Totpunktslagen angepasst .
Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Anpassung der Totpunktsbereiche 86, 87 und 88, 89 in entgegengesetzte Richtungen. Die Drehrichtung des ersten Steuerplattenrings 70 wird hierzu in dem Planetengetriebe, in dem die Planetenräder 75.1 bis 75.3 ortsfest angeordnet sind, in umgekehrter Richtung auf den zweiten Steuerplattenring 71 übertragen.
Zur Erzeugung des Antriebsmoments an dem ersten Steuerplattenring 70 ist ein Stellelement 76 vorgesehen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird somit durch ein einzelnes Stellelement 76 die Verstellung sowohl des ersten Stellsteuerplattenrings 70 als auch des zweiten Steuerplattenrings 71 bewirkt. Das Stellelement 76 weist eine Welle 77 auf, welche an einem ersten Ende ein erstes Stirnrad 78 und an ihrem zweiten Ende ein zweites Stirnrad 79 trägt. Die beiden Stirnräder 78 und 79 sind drehfest mit der Welle 77 verbunden, welche in nicht dargestellter Weise in der Anschlussplatte 5 der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 gelagert ist. Eine Drehbewegung der Welle 77 wird über das erste Stirnrad 78, welches im Eingriff mit der ersten Verzahnung 72 des ersten Steuerplattenrings 70 steht, auf den ersten Steuerplattenring 70 übertragen. Die Drehbewegung der Welle 77 wird an dem zweiten Stirnrad 79 erzeugt, wobei die stirnseitige Verzahnung des zweiten Stirnrads 79 mit einer Zahnstange 80 zusammenwirkt.
Die Zahnstange 80 ist vorzugsweise in der Anschlussplatte 5 axial verschieblich angeordnet und an ihren beiden Stirnflächen 81, 82 beispielsweise mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar. Die Zahnstange 80 ist vorzugsweise im Bereich ihrer entgegengesetzten Enden durch einen ersten Führungsbereich 83 und einen zweiten Führungsbereich 84 dichtend in der Anschlussplatte 5
gelagert. An den beiden Stirnseiten 81 und 82 sind in der Anschlussplatte 5 Druckkammern ausgebildet, durch welche die erste Stirnfläche 81 und/oder die zweite Stirnfläche 82 mit einer hydraulischen Kraft beaufschlagbar sind. In Abhängigkeit von einer aufgrund der Differenz der hydraulischen Kräfte an den Stirnflächen 81 und 82 resultierenden axialen Kraft auf die Zahnstange 80 verschiebt sich die Zahnstange 80 und erzeugt eine Drehbewegung des Stellelements 76, welches sich mit dem zweiten Stirnrad 79 im Eingriff mit einer Zahnstangenverzahnung 85 befindet. Im Rahmen der maximalen axialen Verschiebung ist somit eine Verstellung der relativen Lage des ersten Steuerplattenrings 70 und somit der ersten Steuerschlitze 50, 51 bezüglich der Schwenkachse der Schrägscheibe 37 möglich. Gleichzeitig wird durch die Ausbildung der Steuerplatte 32' als Planetengetriebe eine entgegengesetzte Änderung der relativen Lage des zweiten Steuerplattenrings 71 bewirkt.
In der Fig. 6 ist die Anordnung der Fig. 5 von der Rückseite her gezeigt. Damit ist in der Fig. 6 die zu der Zylindertrommel 24 hin orientierte Seite der Steuerplatte 32' dargestellt. Es ist zu erkennen, dass die ersten Steuerschlitzteile 50.1 bis 50.4 und 51.1 bis 51.4 auf dieser Seite zu ersten Steuerschlitzen 50 bzw. 51 verbunden sind. In entsprechender Weise sind die zweiten Steuerschlitzteile 57.1 bis 57.4 bzw. 58.1 bis 58.4 zu zweiten Steuerschlitzen 57 bzw. 58 verbunden. Zwischen den ersten Steuerschlitzen 50, 51 sind die ersten Totpunktbereiche 86' , 87' und zwischen den zweiten Steuerschlitzen 57, 58 die zweiten Totpunktbereiche 88', 89' deutlich zu sehen. Überdies ist in der Fig. 6 erkennbar, dass auf der zu der Zylindertrommel 24 hin orientierten Seite der Innendurchmesser di des ersten
Steuerplattenrings 70 mit dem Außendurchmesser D2 des zweiten Steuerplattenrings 71 entspricht, so dass der erste Steuerplattenring 70 sich auf den zweiten Steuerplattenring 71 zentriert. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Innendurchmesser d2 des zweiten Steuerplattenrings 71 so bemessen ist, dass eine Zentrierung auf dem Gleitlager 6 erfolgt .
Ein zweites Ausführungsbeispiel für eine verstellbare Steuerplatte ist in der Fig. 7 dargestellt. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wirkt die erste Verzahnung 72 des ersten Steuerplattenrings 70 mit einem ersten Stellelement 76' zusammen. Das erste Stellelement 76 wird von dem Antriebselement 80 in gleicher Weise angetrieben, wie es bereits unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert wurde. Die abhängige Verstellung des ersten Steuerplattenrings 70' und des zweiten Steuerplattenrings 71' erfolgt jedoch nicht durch Ausbilden des ersten Steuerplattenrings 70' als Hohlrad und des zweiten Steuerplattenrings 71' als Sonnenrad eines Planetengetriebes, sondern durch ein zweites Stellelement 90, das direkt den zweiten Steuerplattenring 71' antreibt. Der zweite Steuerplattenring 71' ist hierzu an seinem inneren Umfang mit einer vierten Verzahnung 91 versehen, die mit einem ersten Stirnrad 92 des zweiten Stellelements 90 zusammenwirkt. Ebenso wie das erste Stellelement 76' ist auch das zweite Stellelement 90 mit einer Welle 93 aufgebaut, an deren entgegengesetzten Enden das erste Stirnrad 92 sowie ein zweites Stirnrad 94 des zweiten Stellelements 90 angeordnet sind. Die beiden Stellelemente 76 und 90 sind vorzugsweise identisch aufgebaut. Um eine Drehbewegung des ersten Stellelements 76 auf das zweite Stellelement 93 zu übertragen, sind die zweiten Stirnräder 79 und 94 des ersten Stellelements 76 bzw. des zweiten
Stellelements 90 über ein Stirnradgetriebe miteinander verbunden. Im einfachsten Fall umfasst das Stirnradgetriebe ein einzelnes Zwischenrad 95. Das Zwischenrad 95 ist in nicht dargestellter Weise ebenfalls in der Anschlussplatte 5 angeordnet . Bei dem dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das zweite Stellelement 90 insofern an das erste Stellelement 76 angepasst, dass die resultierende Drehbewegung des ersten Steuerplattenrings 70 und des zweiten Steuerplattenrings 71 identisch ist.
Bei geeigneter Wahl der Übersetzungsverhältnisse des Stirnradgetriebes können durch die Betätigung des Antriebselements 80 auch unterschiedliche Lageänderungen der ersten und zweiten Steuerschlitze 50, 51 und 57, 58 erreicht werden.
Bei dem in der Fig. 8 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel ist wiederum jedem Steuerplattenring 70', 71' ein eigenes Stellelement 76 bzw. 90 zugeordnet. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 wird zum Antreiben der Stellelemente 76 bzw. 90 jeweils eine separate Zahnstange 80 als Antriebselement bzw. 96 vorgesehen. Dabei wirkt das zweite Antriebselement 96 über ein Stirnradgetriebe mit dem weiteren Stirnrad 95' zusammen. Mit der in der Fig. 8 dargestellten Anordnung ist es möglich, den ersten Steuerplattenring 70 und den zweiten Steuerplattenring 71 vollkommen unabhängig voneinander bezüglich ihrer relativen Lage zu der Schwenkachse der Schrägscheibe 37 der hydrostatischen Kolbenmaschine 1 zu verstellen. Die Beaufschlagung der zweiten Zahnstange 96 erfolgt vorzugsweise ebenfalls hydraulisch mit einem Stelldruck in der Anschlussplatte 5.
Mit den vorgeschlagenen Ausführungsbeispielen für verstellbare Steuerplatten 32' ist es möglich, die Lage der ersten bzw. zweiten Totpunktbereiche 86, 87, 88, 89 an den jeweiligen Betriebszustand der Kolbenmaschine 1 anzupassen. In Abhängigkeit von dem jeweils für den ersten bzw. zweiten hydraulischen Kreislauf eingestellten Fördervolumen ist die resultierende Schwenkachse, die sich aus der Neigung der Schrägscheibe 37 um die erste Schwenkachse 55 und die zweite Schwenkachse 56 ergibt variabel . Dementsprechend ändert sich die Lage des oberen bzw. unteren Totpunkts der Kolben 34 in den Zylinderbohrungen 33.1, 33.2 der ersten sowie der zweiten Gruppe. Mit Hilfe der verstellbaren Steuerplatte 32' nach einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 5 bis 8 ist eine Anpassung der Lage der ersten Steuerschlitze 50, 51 bzw. der Lage der zweiten Steuerschlitze 57, 58 und somit der ersten Totpunktbereiche 86, 87 bzw. der zweiten Totpunktbereiche 88, 89 an die Lage der oberen bzw. unteren Totpunkte der Kolben 34 möglich.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es möglich, einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander zu kombinieren.