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Die
Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine, welche zur
Förderung
in zwei hydraulische Kreisläufe
vorgesehen ist.
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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
A1 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.
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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.
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Bei
der aus der
DE 103
58 728 A1 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.
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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.
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Die
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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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.
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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.
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In
den Unteransprüchen
sind vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen hydrostatischen
Kolbenmaschine ausgeführt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der erfindungsgemäßen hydrostatischen
Kolbenmaschine sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Dabei wird anhand der 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:
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1 eine
Schnittdarstellung einer Axialkolbenmaschine zum Fördern in
zwei getrennte hydraulische Kreisläufe;
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2 eine
vergrößerte Darstellung
des Triebwerks der Axialkolbenmaschine nach 1;
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3 eine
schematische Darstellung mit einer um eine erste Schwenkachse geneigten
Schrägscheibe;
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4 eine
schematische Darstellung mit einer um eine zweite Schwenkachse geneigten Schrägscheibe;
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5 eine
schematische Darstellung einer verstellbaren Steuerplatte für eine hydrostatische Kolbenmaschine;
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6 eine
schematische Darstellung der Rückseite
der in 1 gezeigten verstellbaren Steuerplatte;
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7 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für eine
verstellbare Steuerplatte und
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8 ein
drittes Ausführungsbeispiel
für eine
verstellbare Steuerplatte.
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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.
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In
dem in 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
vergrößerte Darstellung
der im Inneren des Gehäuses 4 zusammenwirkenden
Bauteile ist in 2 dargestellt.
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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.
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Die
in 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 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.
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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.
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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.
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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.
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In
der Steuerplatte 32 sind erste Steuerschlitze 50 und 51 ausgebildet,
die die Steuerplatte 32 in axialer Richtung durchdringen.
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Weiterhin
sind in der Steuerplatte 32 zweite Steuerschlitze ausgebildet,
die wegen der Lage der Schnittebene in der 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.
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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.
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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.
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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.
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In 3 ist
gezeigt, wie ausgehend von einer Axialkolbenmaschine der 1 und 2,
mit einer Schrägscheibe 37' eine unabhängige Einstellung
der Fördermengen
für die
beiden hydraulischen Kreisläufe
erreicht werden kann.
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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.
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In
der 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.
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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.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die erste Schwenkachse 55 und die zweite Schwenkachse 56 in
einem rechten Winkel zueinander angeordnet.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
Einstellen der Neigung der Schrägscheibe 37' kann entweder über eine
separate Verstelleinrichtung für
jede Schwenkachse 55 und 56 erfolgen, wobei in 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.
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In 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.
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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.
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In
der 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.
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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.
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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.
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Bei
dem in der 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.
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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.
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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.
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In
der 6 ist die Anordnung der 5 von der
Rückseite
her gezeigt. Damit ist in der 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 6 erkennbar, dass auf der zu
der Zylindertrommel 24 hin orientierten Seite der Innendurchmesser
d1 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.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für eine
verstellbare Steuerplatte ist in der 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 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.
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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.
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Bei
dem in der 8 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel
ist wiederum jedem Steuerplattenring 70', 71' ein eigenes Stellelement 76 bzw. 90 zugeordnet.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel
der 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 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.
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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 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.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere
ist es möglich,
einzelne Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele in beliebiger
Weise miteinander zu kombinieren.