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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Axialkolbenmaschine mit einem
Gehäuse,
in dem eine Zylindertrommel um eine Achse drehbar gelagert ist,
die mindestens einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben angeordnet
ist, der sich an einer Schrägscheibe abstützt, deren
Neigungswinkel in einer Verstellebene verstellbar ist, wobei die
Schrägscheibe
auf ihrer der Zylindertrommel abgewandten Seite eine sphärische Lagerfläche aufweist,
die an einer sphärischen Stützfläche im Bodenteil
des Gehäuses
anliegt.
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Eine
derartige hydraulische Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus
DE 1 653 617 A bekannt,
bei der in Zylindern einer drehbar gelagerten Zylindertrommel geführte Kolben über schwenkbare Verbindungselemente
an einer Schrägscheibe
abgestützt
sind. Die Schrägscheibe
weist einen von der Zylindertrommel abgewandten Teil auf, der mit
einer sphärischen
Lagerfläche
versehen ist. Dabei ist ein Verstellwinkel der Schrägscheibe
mit Hilfe eines Verstellmechanismus veränderbar.
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In
DE 1 017 468 A ist
eine Axialkolbenmaschine beschrieben, wobei eine Schrägscheibe
eine sphärische
La gerfläche
aufweist, mit der sie auf einer sphärischen Stützfläche im Gehäuse abgestützt ist. Im Zentrum der sphärischen
Lagerfläche
ist ein Kugelzapfen angeordnet, der in einer Regelstange verschiebbar
geführt
ist. Durch ein Verschieben der Regelstange kann so ein Kippwinkel
der Schrägscheibe gegenüber dem
Gehäuse
eingestellt werden.
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Aus
DE 707 462 B ist
eine Kolbenpumpe mit in einer Zylindertrommel im Kreis angeordneten
parallelen Kolben bekannt, wobei die Kolben an einer Schrägscheibe
abgestützt
sind, die über
eine sphärische
Lagerfläche
an einer sphärischen
Stützfläche in einem
Gehäuse
anliegt.
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In
FR 1 411 439 A ist
eine hydraulische Pumpe oder ein hydraulischer Motor offenbart,
der als Axialkolbenmaschine ausgebildet ist. Dabei sind Kolben an
einer Schrägscheibe
abgestützt,
die eine sphärische
Lagerfläche
aufweist und mit dieser Lagerfläche
an einer sphärischen
Stützfläche im Gehäuse gelagert
ist.
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Eine
weitere Axialkolbenmaschine ist beispielsweise aus
DE 196 08 228 A1 bekannt.
Die Schrägscheibe
ist hier als Abschnitt eines Zylinders ausgebildet und liegt in
einer entsprechend ausgebildeten Lagerschale. Die Schrägscheibe
kann zur Verstellung des Neigungswinkels um eine Achse gekippt werden,
die parallel zur Achse des Zylinders verläuft.
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US 1 533 399 A zeigt
eine weitere Axialkolbenmaschine, bei der die Schrägscheibe
ebenfalls durch einen Abschnitt eines Zylinders gebildet ist, der auf
seiner Mantelfläche
eine Schneckenrad-Verzahnung aufweist, die mit einer Schneckenwelle
in Eingriff steht. Wenn die Schneckenwelle gedreht wird, dann wird
die Neigung der Schrägscheibe
geändert.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die Herstellung
einzelner Teile einer Axialkolbenmaschine klein zu halten.
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Diese
Aufgabe wird bei einer hydraulischen Axialkolbenmaschine der eingangs
genannten Art dadurch gelöst,
dass sie eine Kippsicherung aufweist, die einem Kippen der Schrägscheibe
senkrecht zur Verstellebene und einer Rotationsbewegung entgegenwirkt,
wobei die Kippsicherung mindestens eine Nut aufweist, die in einem
der Teile Lagerfläche
und Stützfläche angeordnet
ist und in der mindestens ein Führungsstift
geführt
ist, der in dem anderen der Teile Lagerfläche und Stützfläche angeordnet ist.
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Durch
diese Ausbildung lässt
sich sowohl die Schrägscheibe
als auch das Bodenteil mit seiner Stützfläche durch Drehen herstellen.
Hierzu wird ein Element, das später
die Stützfläche bildet,
einfach in eine Drehmaschine eingespannt und bearbeitet. Gleiches
gilt für
das Bodenteil. Der für
die Herstellung der Schrägscheibe
benötigte
Rohling ist nur unwesentlich größer als
die fertige Schrägscheibe,
d. h. die Verluste an Material sind relativ gering. Eine sphärische Lagerfläche lässt sich
in einer sphärischen
Stützfläche allerdings
in alle Richtungen verschwenken. Da eine Änderung der relativen Ausrichtung
zwischen der Schrägscheibe
und dem Bodenteil des Gehäuses
aber nur in eine Richtung gewünscht ist,
ist die Kippsicherung vorgesehen, die ein Kippen in alle anderen
Richtungen verhindert. Hierzu reicht es aus, wenn die Kippsicherung
Kräfte
aufnehmen kann, die senkrecht zur Verstellebene wirken. Die Kippsicherung
weist mindestens eine Nut auf, die in einem der Teile Lagerfläche und
Stützfläche angeordnet
ist und in der mindestens ein Führungsstift
geführt
ist, der in dem anderen der Teile Lagerfläche und Stützfläche angeordnet ist. Durch das
Zusammenwirken von Nut und Führungsstift
wird sichergestellt, dass sich die Schrägscheibe relativ zum Bodenteil
des Gehäuses
nur in einer Ebene verändern kann.
Andere Veränderungen,
auch Rotationsbewegungen der Schrägscheibe gegenüber dem
Bodenteil, sind nicht möglich.
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Vorzugsweise
weist die Schrägscheibe
eine asymmetrische Ausbildung auf. Dies ist einfach dadurch zu erreichen,
dass von der Schrägscheibe
ein Segment entfernt wird oder die Schrägscheibe auf ihrer der Lagerfläche gegenüberliegenden
Seite abgeschrägt
wird. Die asymmetrische Ausbildung hat den Vorteil, dass man für die Schrägscheibe
nicht wesentlich mehr Raum benötigt,
als für
die Verstellbarkeit unbedingt erforderlich ist.
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Vorzugsweise
ragt ein mit der Schrägscheibe
verbundener Stift durch eine Öffnung
in der Stützfläche, die
zumindest in der Verstellebene eine größere Erstreckung als der Stift
aufweist. Der Stift kann dann zur Verstellung der Neigung der Schrägscheibe verwendet
werden. Da er durch die Stützfläche hindurchragt,
kann die Verstellung von einer Position aus erfolgen, an der keine
anderen Elemente der Axialkolbenmaschine stören.
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Vorzugsweise
wirkt eine Stelleinrichtung auf den Stift. Zwar lässt sich
die Neigung der Schrägscheibe über den
Stift auch manuell verstellen. Eine größere Genauigkeit lässt sich
aber vielfach dann erreichen, wenn man eine Stelleinrichtung verwendet.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Stelleinrichtung mindestens eine Stellschraube
aufweist. Durch Verdrehen der Stellschraube ändert sich ihre Position in
der Bodenplatte. Die Stellschraube wirkt auf den Stift. Durch die Änderung
der Position der Stellschraube ändert
sich auch die winkelmäßige Ausrichtung
des Stifts relativ zur Bodenplatte und damit die Neigung der Schrägscheibe.
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Vorzugsweise
weist die Stelleinrichtung zwei Stellschrauben auf, die von einander
entgegengesetzten Seiten auf den Stift wirken. Damit lässt sich der
Stift in zwei Richtungen festlegen, insbesondere zwischen den beiden
Stellschrauben einspannen. Wenn die winkelmäßige Ausrichtung der Schrägscheibe,
also der Neigungswinkel, eingestellt ist, dann kann man durch die
beiden Stellschrauben diesen Zustand auf Dauer festlegen. Alternativ
dazu lässt
sich eine Verstellung mit nur einer Schraube erreichen, die dann
in zwei Wirkrichtungen (Zug und Druck) auf den Stift wirkt.
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Vorzugsweise
bildet der Stift einen Teil einer Feststelleinrichtung. Man kann
den Stift also nicht nur dazu verwenden, den Neigungswinkel der
Schrägscheibe
zu verändern,
sondern auch dazu, den Neigungswinkel nach einer Veränderung
festzuhalten.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass der Stift in die Schrägscheibe eingeschraubt ist
und einen Kopf aufweist, der am Bodenteil verspannbar ist. Wenn
dann die Schrägscheibe
den gewünschten
Neigungswinkel eingenommen hat, wird der Stift etwas weiter in die
Schrägscheibe
eingeschraubt, so dass sich der Kopf mit dem Bodenteil verspannt.
Dabei ist es durchaus möglich,
dass zwischen dem Kopf und dem Bodenteil noch Hilfselemente angeordnet
sind, beispielsweise eine Unterlegscheibe oder eine Stützanordnung,
die ihrerseits wiederum eine Paarung aus sphärischen Flächen aufweist, die gegeneinander verschiebbar
sind.
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Vorzugsweise
ist die Öffnung
von einer Dichtung umgeben, die zwischen der Lagerfläche und
der Stützfläche angeordnet
ist. Die Dichtung verhindert dann ein Vordringen von Hydraulikflüssigkeit
zur Öffnung
und stellt damit die Dichtigkeit der Maschine in diesem Bereich
sicher.
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Vorzugsweise
ist der Führungsstift
mit dem ihm zugeordneten Teil fest verbunden. Dies erleichtert die
Montage. Der Führungsstift
kann beispielsweise mit der Schrägscheibe
verklebt oder verpresst sein.
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Vorzugsweise
ist die Nut entlang der Verstellebene in mindestens zwei Abschnitte
unterteilt. Damit ist zum Einen gewährleistet, dass die Stützfläche oder
die Lagerfläche
so groß wie
möglich
bleibt. Zum Anderen kann man die Abschnitte der Nut auch als Kippwinkelbegrenzung
verwenden, so dass ein zu starkes Kippen der Schrägscheibe
vermieden wird. Wenn dies nicht erforderlich ist, kann die Nut auch durchgehend
ausgebildet sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen:
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1 eine
hydraulische Axialkolbenmaschine im Schnitt,
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt
aus 1,
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3 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
Schrägscheiben-Bodenteil-Anordnung
in perspektivischer Darstellung und
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4 die
Anordnung nach 3 aus einem anderen Blickwinkel.
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1 zeigt
eine hydraulische Axialkolbenmaschine 1 mit einem Gehäuse 2,
das ein Bodenteil 3 aufweist. Im Gehäuse 2 ist eine Zylindertrommel 4 drehbar
gelagert. Die Drehung erfolgt dabei um eine Achse 5, die
gleichzeitig die Achse einer Welle 6 ist, die drehfest
mit der Zylindertrommel 4 verbunden ist.
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In
der Zylindertrommel sind mehrere Zylinder 7 angeordnet,
wobei die nicht näher
dargestellten Achsen der Zylinder 7 exzentrisch zur Achse 5 angeordnet
sind. Vorzugsweise liegen die Achsen der Zylinder 7 auf
einem Kreis um die Achse 5.
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Die
Zylinder 7 werden über
eine Ventilplatte 8, an der die Zylindertrommel 4 unter
Zwischenlage von Kontaktschuhen 9 anliegt, mit Hydraulikflüssigkeit
unter Druck versorgt bzw. drucklose Flüssigkeit wird aus den Zylin dern 7 herausgefördert, wenn
die Axialkolbenmaschine 1 als Motor arbeitet. Wenn die Axialkolbenmaschine
als Pumpe arbeitet, dann gelangt durch die Ventilplatte 8 Flüssigkeit
unter Druck aus den Zylindern 7 in die Ventilplatte 8 und
durch die Ventilplatte 8 wird Flüssigkeit angesaugt, je nachdem,
in welcher Drehwinkellage sich die Zylindertrommel 4 befindet.
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Der
in 1 dargestellte Schnitt teilt die Ventilplatte 8 in
zwei Hälften,
von denen jede eine Steuerniere aufweist. Diese sind daher in der
vorliegenden Schnittansicht nicht erkennbar.
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In
jedem Zylinder 7 ist ein Kolben 10 angeordnet,
der sich über
einen Gleitschuh 11 an einer Schrägscheibe 12 abstützt. Die
Gleitschuhe 11 werden durch einen Niederhalter 13 in
Anlage an der Schrägscheibe 12,
genauer gesagt an einer Steuerfläche 14 der
Schrägscheibe 12,
gehalten. Wenn sich die Zylindertrommel 4 dreht, dann werden
die Kolben 10 durch die Steuerfläche 14 und den Niederhalter 13 axial
relativ zur Zylindertrommel 4 bewegt. Ein derartiger Aufbau
einer Axialkolbenmaschine 1 ist im Prinzip bekannt.
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Die
Schrägscheibe 12 weist
auf ihrer der Zylindertrommel 4 zugewandten Seite die ebene
Steuerfläche 14 auf,
an der die Gleitschuhe 11 anliegen, und auf der der Zylindertrommel 4 abgewandten
Seite eine sphärische
Lagerfläche 15,
die in einer ebenfalls sphärischen
Stützfläche 16 am
Bodenteil 3 anliegt. Die Radien von Lagerfläche 15 und
Stützfläche 16 sind
aufeinander abgestimmt, so dass sich eine flächige Anlage der Lagerfläche 15 an
der Stützfläche 16 ergibt.
Sowohl die Lager fläche 15 als
auch die Stützfläche 16 können durch
Drehen hergestellt werden, was ein relativ einfacher Herstellungsvorgang ist.
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Die
Schrägscheibe 12 ist,
wie insbesondere aus 2 zu erkennen ist, asymmetrisch
ausgebildet, d. h. am unteren Ende (die Richtungsangabe bezieht
sich auf die Darstellung der 2) fehlt
ein Teil 17. In diesem Bereich kann die Schrägscheibe 12 in ihrer
anderen Extremposition hinein geschwenkt werden.
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In
die Schrägscheibe 12 ist
ein Stift 18 eingeschraubt. Der Stift 18 ragt
durch eine Öffnung 19 in der
Stützfläche 16,
so dass er nach außen über das Bodenteil 3 hinaus
vorsteht. Der Stift 18 weist einen Kopf 20 auf,
der eine Drehmomentangriffsfläche 21 aufweist,
beispielsweise einen Innensechskant. Die Öffnung 19 ist als
Langloch ausgebildet, hat also in eine Richtung eine Erstreckung,
die größer ist
als der Durchmesser des Stifts 18. Senkrecht dazu entspricht
die Erstreckung der Öffnung 19 dem
Durchmesser des Stifts 18. Der Stift 18 lässt also
ein Verschwenken der Schrägscheibe 12 gegenüber dem Bodenteil 3 nur
in eine Richtung zu.
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Der
Kopf 20 wirkt auf eine Stützscheibe 22, die
eine ebene erste Fläche 23 und
eine sphärische zweite
Fläche 24 aufweist,
wobei die sphärische
Fläche 24 mit
einer Lagerschale 25 zusammenwirkt, die eine entsprechende
sphärische
Fläche
auf der der Stützscheibe 22 zugewandten
Seite und eine ebene Fläche
auf der dem Bodenteil 3 zugewandten Seite aufweist. Dementsprechend
ist es möglich,
durch ein Einschrauben des Stiftes 18 in die Stützscheibe 12 die
Stützscheibe 12 gegenüber dem
Bo denteil 3 zu verspannen und dadurch eine einmal eingestellte Neigung
oder Winkelposition festzuhalten.
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Der
Stift 18 wirkt gleichzeitig als Verstellelement für den Neigungswinkel
der Schrägscheibe 12. In
das Bodenteil 3 sind voneinander entgegengesetzten Seiten
Stellschrauben 26, 27 eingeschraubt, die über Stellstifte 28, 29 auf
den Stift 18 wirken. Es ist aber auch möglich, dass die Stellschrauben 26, 27 unmittelbar
auf den Stift 18 wirken. Wenn beispielsweise die Stellschraube 26 etwas
aus dem Bodenteil 3 herausgeschraubt und die Stellschraube 27 etwas in
das Bodenteil 3 hineingeschraubt wird, dann wird der Stift 18 etwas
nach unten geschwenkt und ändert damit
den Neigungswinkel der Steuerfläche 14 der Schrägscheibe 12 gegenüber der
Achse 5.
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Zwischen
der Lagerfläche 15 und
der Stützfläche 16 ist
eine Dichtung 30 angeordnet, die die Öffnung 19 umgibt und
verhindert, dass Flüssigkeit aus
dem Inneren der Axialkolbenmaschine 1 durch die Öffnung 19 nach
außen
gelangt.
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Die
Ausbildung der Stützscheibe 12 mit
einer sphärischen
Lagerfläche 15,
die in einer ebenfalls sphärischen
Stützfläche 16 abgestützt ist,
ermöglicht prinzipiell
eine Neigung der Stützscheibe 12 in
alle Richtungen. Auch eine Rotationsbewegung der Stützscheibe 12 beispielsweise
um die Achse 5 wäre möglich. Man
möchte
aber dafür
sorgen, dass sich die Stützscheibe 12 nur
in einer Verstellebene bewegen kann. Die Verstellebene entspricht
in der Darstellung der 1 und 2 der Zeichenebene.
Die Steuerfläche 14 verläuft senkrecht
zur Zeichenebene und damit senkrecht zur Verstellebene. Die Neigung der
Schrägscheibe 12 und
damit der Steuerfläche 14 soll
nur parallel zur Zeichenebene, d. h. parallel zur Verstellebene,
verändert
werden können.
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Hierzu
weist die Schrägscheibe 12 zwei
Führungsstifte 31, 32 auf,
die durch die Lagerfläche 15 geführt sind
und mit der Schrägscheibe 12 verbunden
sind. Die Führungsstifte 31, 32 können beispielsweise
in die Schrägscheibe 12 eingepresst
sein oder eingeklebt oder auf andere Weise dort fixiert sein. Die Führungsstifte 31, 32 sind
in Nuten 33, 34 geführt.
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Die
Nuten 33, 34 weisen eine Breite auf, die der Breite
der Führungsstifte 31, 32 entspricht.
Die Führungsstifte 31, 32 füllen also
in einer Richtung senkrecht zur Verstellebene, d. h. senkrecht zur
Zeichenebene, die Nuten 33, 34 aus. Entlang der
Verstellebene haben die Nuten 33, 34 hingegen
eine Erstreckung, die größer ist
als die entsprechende Erstreckung der Führungsstifte 31, 32.
Dementsprechend stellen die Führungsstifte 31, 32 in
Verbindung mit den Nuten 33, 34 sicher, dass sich
die Neigung der Schrägscheibe 12 gegenüber der
Achse 5 in der Verstellebene ändern kann, eine andere Bewegung der
Schrägscheibe 12 aber
ausgeschlossen wird. Insbesondere wird ein Kippen der Schrägscheibe 12 senkrecht
zur Verstellebene verhindert.
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Natürlich ist
es auch möglich,
die Führungsstifte 31, 32 im
Bodenteil 3 und die Nuten 33, 34 in der
Lagerfläche 15 anzuordnen.
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Die
oben erwähnten
Steuernieren haben unterschiedliche Drücke, die wiederum versuchen,
die Schrägscheibe 12 zu
kippen. Dies wird durch die Stifte 31, 32, die
mit den Nuten 33, 34 zusammenwirken und sich dort
an den seitlichen Flanken abstützen können, verhindert.
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Die
Schrägscheibe 12 ist
in 1 in ihrer einen Extremposition und in 2 in
ihrer anderen Extremposition dargestellt. Die Extrempositionen,
d. h. die maximal bzw. minimal möglichen
Neigungswinkel, ergeben sich daraus, dass die Führungsstifte 31, 32 an
stirnseitige Begrenzungen der Nuten 33, 34 anstoßen.
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Die 3 und 4 zeigen
in perspektivischer Explosionsdarstellung eine abgewandelte Ausführungsform
von Schrägscheibe 12 und
Bodenteil 3, wobei einander entsprechende Elemente mit
den gleichen Bezugszeichen wie in den 1 und 2 versehen
sind.
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In 3 ist
zunächst
zu erkennen, dass die Öffnung 19 als
Langloch ausgebildet ist, so dass der Stift 18 hier eine
gewisse Bewegungsmöglichkeit
hat. Die Stützscheibe 22 kann
unmittelbar in die Öffnung 19 eingesetzt
werden. Sie steht mit einem Teil ihres Umfangs dann über die Öffnung 19 seitlich über.
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Ein
weiterer Unterschied besteht darin, dass die Nuten 33, 34 in
der Stützfläche 16 zusammenhängend ausgebildet
sind. Sie bilden also eine gemeinsame Nut.
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Die
asymmetrische Ausbildung der Schrägscheibe 12 ist hier
auf andere Weise realisiert. Man verwendet einen zylinderförmigen Rohling,
der an seiner Stirnseite die sphärische
Lagerfläche 15 erhält. Die
gegenüberliegende
Stirnseite des Rohlings wird dann abgeschrägt, um die Steuerfläche 14 zu bilden.
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Auch
hier bilden die Führungsstifte 31, 32 zusammen
mit der Nut 33, 34 eine Kippsicherung, so dass
die Schrägscheibe 12 gegenüber dem
Bodenteil 3 nur in eine Richtung bewegbar ist, nämlich in
die Richtung, in der die Führungsstifte 31, 32 in
der Nut 33, 34 gleiten können.
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In
vielen Fällen
muss der Neigungswinkel der Schrägscheibe 12 nur
in einem kleinen Bereich variiert werden, beispielsweise um ±3°. Mit der
Veränderung
des Neigungswinkels kann die Verdrängung der Axialkolbenmaschine 1 verändert werden.
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Bei
den bisher vorgestellten Ausbildungen ist nicht vorgesehen, dass
der Neigungswinkel der Schrägscheibe 12 fortlaufend
verändert
wird. Vielmehr wird man bei diesen Ausgestaltungen einen Neigungswinkel
fest vorgeben und dann nur bei Bedarf von Zeit zu Zeit verstellen.
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Es
ist aber auch möglich,
den Neigungswinkel der Schrägscheibe 12 im
Betrieb zu verändern, beispielsweise
dann, wenn man die Stellschrauben 26, 27 motorisch
betätigt
oder den Stift 18 auf andere Weise durch einen Antrieb
verlagert, beispielsweise einen kleinen elektrischen, hydraulischen
oder pneumatischen Motor. Die Änderung
der Verdrängung, also
die Veränderung
der Neigung der Schrägscheibe 12,
kann dann aufgrund von vielen Parametern gesteuert werden. Wenn
die Axialkolbenmaschine 1 als Pumpe in einem Umkehrosmosesystem
ver wendet wird, können
derartige Parameter beispielsweise Temperatur oder Salzgehalt des
Wassers sein.
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Die
Führung
der Schrägscheibe 12 im
Bodenteil 3 mit Hilfe der Führungsstifte 31, 32 und
den Nuten 33, 34 hat den Vorteil, dass man auch
bei einer Verstellung im laufenden Betrieb nur wenig Kraft benötigt, um
den Neigungswinkel der Schrägscheibe 12 zu ändern. Der
Grund hierfür
ist, dass der Druck von dem Kolben relativ gleichmäßig in beide
Kipprichtungen wirkt. Die Stelleinrichtung muss im Prinzip nur Reibungskräfte überwinden,
die zwischen der Lagerfläche 15 und
der Stützfläche 16 einerseits
sowie zwischen den Führungsstiften 31, 32 und
den Seitenwänden
der Nuten 33, 34 auftreten. Somit könnte man
für die
Verstellung des Neigungswinkels der Schrägscheibe 12 auch einen
Motor verwenden, bei dem ein relativ kleines Drehmoment ausreicht.