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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Verdrängermaschine mit einem verstellbaren Verdrängervolumen, wobei ein Verdrängervolumenstellorgan mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist, die mindestens einen mit dem Verdrängervolumenstellorgan in Wirkverbindung stehenden längsverschiebbaren Stellkolben aufweist, der mittels eines von einem Stelldruckregelventil erzeugten Stelldrucks beaufschlagbar ist, wobei der Stellkolben entgegen dem Stelldruck von einer Rückstellfeder beaufschlagbar ist und das Stelldruckregelventil mittels eines Ansteuersignals betätigbar ist.
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Verdrängermaschinen mit einem einstellbaren Verdrängervolumen sind oftmals mit einem proportionalen Verstellverhalten ausgeführt, bei dem das Verdrängervolumen proportional zu dem Ansteuersignal stufenlos einstellbar ist. Das das Stelldruckregelventil beaufschlagende Ansteuersignal kann hierbei als elektrisches, hydraulisches oder elektrohydraulisches Ansteuersignal ausgebildet sein.
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Durch eine Beaufschlagung des Stelldruckregelventils durch das Ansteuersignal wird hierbei ein Sollwert für das Verdrängervolumen und somit die Sollposition des Verdrängervolumenstellorgans vorgegeben. Der Regelkreis des Stelldruckregelventils wird geschlossen, in dem die Istposition des Verdrängervolumenstellorgans an das Stelldruckregelventil zurückgemeldet wird. Hierzu ist es bekannt, die Istposition mittels eines Kraftabgleichs an das Stelldruckregelventil zurückzumelden. Das Stelldruckregelventil ist hierbei von dem Ansteuersignal entgegen einer Regelfeder beaufschlagt, wobei die Regelfeder mechanisch mittels eines Verbindungselements mit dem Verdrängervolumenstellorgan verbunden ist. Bei einer Beaufschlagung des Stelldruckregelventils durch das Ansteuersignal wird das Stelldruckregelventil in eine Steuerstellung ausgelenkt, in der der Stellkolben mit einem Stelldruck beaufschlagt wird. Der Stellkolben verstellt hierbei das Verdrängervolumenstellorgan, das mittels des Verbindungselements mit der Regelfeder in Verbindung steht. Das Verdrängervolumenstellorgan wird hierbei solange verstellt, bis über das Verbindungselement ein Kraftabgleich am Stelldruckregelventil erfolgt ist und somit das Stelldruckregelventil die Beaufschlagung des Stellkolbens mit einem Stelldruck beendet.
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Eine derartige Rückmeldung der Istposition des Verdrängervolumenstellorgans mittels eines an der Regelfeder des Stelldruckregelventils durchgeführten Kraftabgleichs schränkt die Verstellpräzision der Verdrängermaschine aufgrund von Störkräften am Stelldruckregelventil ein, beispielsweise am Stelldruckregelventil auftretenden Reibungskräften. Insbesondere bei einer Ansteuerung des Stelldruckregelventils durch ein elektrisches, mittels eines Magneten erzeugten Ansteuersignals, können die Störkräfte bei dem Kraftabgleich am Stelldruckregelventil aufgrund des geringen Kraftniveaus des mittels des Magneten erzeugten Ansteuersignals eine Begrenzung der Verstellpräzision bedeuten.
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Eine verbesserte Stellpräzision und somit Verstellgenauigkeit des Verdrängungsvolumens der Verdrängermaschine kann durch eine direkte mechanische Positionsrückführung des Verdrängervolumenstellorgans an das Stelldruckregelventil erzielt werden. Eine derartige, als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildete Verdrängereinheit ist aus der
DE 101 27 907 A1 bekannt. Das Stelldruckregelventil weist hierbei einen mittels eines lagegeregelten Proportionalmagneten beaufschlagten Steuerschieber auf, der in einer längsverschiebbaren Hülse längsverschiebbar gelagert ist. Die Hülse steht mittels eines hebelförmigen Positionsgebers mit dem als Schrägscheibe ausgebildeten Verdrängervolumenstellorgan in Verbindung und ist in einer Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordnet. Die Verdrängermaschine weist jedoch aufgrund der längsverschiebbaren Hülse des Stelldruckregelventils und des mit der Schrägscheibe verbundenen Positionsgebers einen hohen Bauaufwand auf. Zudem benötigt die Anordnung des Stelldruckregelventils mit dem Positionsgeber zusätzlichen Bauraumbedarf.
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Aus der
DE 969 121 B ist eine Verstelleinrichtung einer hydrostatsichen Maschine bekannt, bei der ein Verdrängervolumenstellorgan mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist, die einen mit dem Verdrängervolumenstellorgan in Wirkverbindung stehenden längsverschiebbaren Stellkolben aufweist. Ein Stelldruckregelventil, das als Lageregelventil ausgebildet ist, ist in dem Stellkolben integriert.
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Die
US 3 116 728 A offenbart eine Verstelleinrichtung einer hydrostatischen Maschine, bei der ein Verdrängervolumenstellorgan mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist, die einen mit dem Verdrängervolumenstellorgan in Wirkverbindung stehenden längsverschiebbaren Stellkolben aufweist. Ein Ventil, das die Beaufschlagung eines Druckraums des Stellkolbens steuert, ist in dem Stellkolben eingebaut. Der Stellkolben ist von einer Rückstellfeder entgegen dem im Druckraum anstehenden Druck beaufschlagt.
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Die
DE 1 031 578 B offenbart eine Vorrichtung zum Verstellen des Einspritzbeginns für eine auf Rechts- und Linkslauf umsteuerbare Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist eine erste Hohlwelle auf, innerhalb der eine zweite Hohlwelle angeordnet, die mit einem Kolben versehen ist. Innerhalb der zweiten Hohlwelle sind Steuerschieber angeordnet, die von Fliehkraftgewichten und Federn betätigt sind. Die Federn sind auf der ersten Hohlwelle angeordnet. Die Federn und die Fliehkraftgewichte greifen an Widerlagern an, die auf der ersten Hohlwelle angeordnet sind. Die Widerlager sind über Bolzen, die sich durch Längsnuten der beiden Hohlwellen erstrecken, mit dem entsprechenden Steuerschieber zu dessen Betätigung verbunden.
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Die
AT 230 147 B offenbart eine Verstelleinrichtung einer hydrostatischen Maschine, bei der ein Verdrängervolumenstellorgan mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist. Die Verstelleinrichtung weist zwei Stellkolben auf, wobei eine erste Feder auf den ersten Stellkolben wirkt und eine zweite Feder zwischen den beiden Stellkolben angeordnet ist. Übersteigt der Druck in einem Druckraum des zweiten Stellkolbens, der gleichzeitig in einem Druckraum des ersten Stellkolbens ansteht, die Kraft der ersten Feder, bewegt sich nur der erste Stellkolben an einen Anschlag im zweiten Stellkolben und betätigt das Verdrängervolumenstellorgan in eine erste Stellrichtung. Steigt der Druck in den Druckräumen weiter an, wird der zweite Stellkolben zusammen mit dem am Anschlag des zweiten Stellkolbens befindlichen ersten Stellkolben entgegen der Kraft der zweiten Feder betätigt und das Verdrängervolumenstellorgan in eine entgegengesetzte Stellrichtung betätigt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verdrängermaschine mit einem zu dem Ansteuersignal proportionalen Verstellverhalten des Verdrängervolumenstellorgans zur Verfügung zu stellen, die mit geringem Bauaufwand und Bauraumbedarf für die Stelleinrichtung versehen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stelldruckregelventil als Lageregelventil ausgebildet ist und in dem Stellkolben integriert ist, wobei das Stelldruckregelventil von dem Ansteuersignal sowie der Rückstellfeder des Stellkolbens beaufschlagt ist, wobei das Stelldruckregelventil einen in einer Längsbohrung des Stellkolbens längsverschiebbar angeordneten Steuerschieber aufweist, der von dem Ansteuersignal entgegen der Rückstellfeder beaufschlagbar ist, wobei in dem Stellkolben schlitzförmige Führungsausnehmungen ausgebildet, in denen ein senkrecht zum Steuerschieber angeordneter Querstift angeordnet ist, wobei der Querstift mit einer ersten Stirnfläche des Steuerschiebers und einem Federteller der Rückstellfeder in Wirkverbindung steht. Der erfindungsgemäße Gedanke besteht somit darin, das Stelldruckregelventil platzsparend in dem längsverschiebbaren Stellkolben anzuordnen und das Stelldruckregelventil entgegen der Rückstellfeder des Stellkolbens von dem Ansteuersignal zu beaufschlagen. Hierdurch kann auf einfache Weise ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Ansteuersignal und der Auslenkung des Stelldruckregelventils erzielt werden. Die Rückstellfeder weist hierbei neben der Funktion der Beaufschlagung des Stellkolbens zum Zurückstellen des Verdrängervolumenstellorgans weiterhin die Funktion zur Vorgabe der Sollposition des Stelldruckregelventils und somit des Verdrängervolumenstellorgans auf. Zudem weist bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung der Stellkolben eine Doppelfunktion auf, der einerseits durch die Beaufschlagung mit Stelldruck die Kraft zum Verstellen des Verdrängervolumenstellorgans erzeugt und somit zur Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans dient und gleichzeitig zur direkten mechanischen Zurückführung der Istposition des Verdrängervolumenstellorgans an das als Lageregelventil ausgebildete Stelldruckregelventil dient. Insgesamt wird somit eine Verdrängermaschine mit einem proportionalen Verstellverhalten erzielt, die aufgrund der Doppelfunktionen der Rückstellfeder und des Stellkolbens eine geringe Teileanzahl und somit einen geringen Bauaufwand aufweist, wobei sich durch die Integration des Steuerdruckregelventils in dem längsverschiebbaren Stellkolben weiterhin ein geringer Bauraumbedarf für die Stelleinrichtung ergibt. Zudem wird durch die direkte mechanische Rückführung der Istposition des Verdrängervolumenstellorgans mittels des Stellkolbens an das Steuerdrucklageregelventil durch den Entfall eines Kraftabgleichs an dem Stelldruckregelventil eine Robustheit gegenüber Störeinflüssen, insbesondere von Reibungskräften gebildeten Störkräften, und eine Erhöhung der Verstellgenauigkeit des Verdrängervolumenstellorgans und somit der Präzision der Einstellung des Verdrängervolumens der Verdrängermaschine erzielt. Bei der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung wird das Stelldruckregelventil aufgrund der Beaufschlagung durch die Rückstellfeder des Stellkolbens zudem mit einem hohen Kraftniveau des Ansteuersignals betätigt, wodurch weiterhin Störkräfte an dem Stelldruckregelventil einen geringen Einfluss auf die Verstellgenauigkeit haben. Darüber hinaus werden durch die Integration des Stelldruckregelventils in den Stellkolben kurze Signalwege erzielt, die zu einer hohen Verstelldynamik der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine führen.
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Das Stelldruckregelventil kann von einem in dem Stellkolben angeordneten längsverschiebbaren Steuerschieber, der mit dem Stellkolben zusammenwirkt, auf einfache Weise gebildet werden. Der Steuerschieber weist hierbei ebenfalls eine Doppelfunktion auf und dient einerseits zur Ansteuerung des Stellkolbens mit einem Stelldruck und andererseits weiterhin zur direkten Vorgabe der Sollposition des Verdrängervolumenstellorgans. Der Steuerschieber und der Stellkolben weisen hierbei denselben Verfahrweg auf, wodurch eine hohe Verstellpräzision der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine erzielbar ist.
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Über den in den Führungsausnehmungen in axialer Richtung des Stellkolbens längsverschiebbar angeordneten Querstift, der zwischen dem Federteller der Rückstellfeder und einer Stirnfläche des Steuerschiebers angeordnet ist, kann auf einfache Weise eine Beaufschlagung des Steuerschiebers durch die Rückstellfeder des Stellkolbens und somit eine Abstützung des Steuerschiebers an der Rückstellfeder des Stellkolbens erzielt werden. Die axiale Erstreckung der schlitzförmigen Führungsausnehmungen bildet gleichzeitig auf einfache Weise eine Hubbegrenzung für den Steuerschieber innerhalb des Stellkolbens.
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Das Stelldruckregelventil weist hierbei zweckmäßigerweise eine erste Steuerstellung auf, in der ein Druckraum des Stellkolbens mit einer Stelldruckquelle verbunden ist, und eine zweite Steuerstellung auf, in der der Druckraum des Stellkolbens zu einem Behälter entlastet ist, wobei das Stelldruckregelventil von der Rückstellfeder in Richtung der zweiten Steuerstellung und von dem Ansteuersignal in Richtung der ersten Steuerstellung beaufschlagbar ist. Der Steuerschieber ist somit von dem Ansteuersignal entgegen der Kraft der Rückstellfeder in die erste Steuerstellung beaufschlagt, in der der Druckraum des Stellkolbens mit dem Stelldruck beaufschlagt wird. Der Steuerschieber wird hierbei durch das Ansteuersignal betätigt und spannt die Rückstellfeder, bis sich ein Kräftegleichgewicht am Steuerschieber zwischen dem Ansteuersignal und der Kraft der Rückstellfeder einstellt. Hierdurch kann auf einfache Weise ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem Ansteuersignal und der axialen Position des Steuerschiebers und somit der Sollposition des Verdrängervolumenstellorgans erzielt werden.
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Der Steuerschieber kann direkt durch ein elektrisches Ansteuersignal mittels eines zu einem elektrischen Ansteuersignal proportionalen Steuerdrucks oder durch ein anderweitig extern erzeugtes hydraulisches Ansteuersignal betätigt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Ansteuersignal als elektro-hydraulischer Steuerdruck ausgebildet, der mittels eines elektrisch angesteuerten Vorsteuerventils, insbesondere eines Druckminderventils, erzeugbar ist. Mit einem elektrischen, das Vorsteuerventil ansteuernden Steuersignal kann hierbei auf einfache Weise ein hydraulischer Steuerdruck erzeugt werden, der dem Kraftniveau der Rückstellfeder entspricht, um den Steuerschieber zu betätigen, wobei auf einfache Weise ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem elektrischen Steuersignal, dem von dem Vorsteuerventil erzeugten Steuerdruck, der axialen Position des Steuerschiebers und somit der Sollposition des Verdrängervolumenstellorgans erzielbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Stellkolben einen Kolbenabschnitt auf, der in einer Stellkolbenaufnahmebohrung eines Gehäuses der Verdrängermaschine längsverschiebbar angeordnet ist, und einen Kolbenstangenabschnitt auf, der mit dem Verdrängervolumenstellorgan der Verdrängermaschine in Wirkverbindung steht, wobei das Stelldruckregelventil, insbesondere der Steuerschieber, in dem Kolbenabschnitt angeordnet ist und die an einem Gehäuse der Verdrängermaschine abgestützte Rückstellfeder im Bereich des Kolbenstangenabschnitts angeordnet ist. Hierdurch kann mit geringem Bauaufwand der Steuerschieber des Stelldruckregelventils und somit das Stelldruckregelventil platzsparend in dem Stellkolben angeordnet werden, wobei der Steuerschieber und somit das Stelldruckregelventil keinen zusätzlichen Bauraum verursacht.
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Mit besonderem Vorteil sind in dem Kolbenstangenabschnitt des Stellkolbens die schlitzförmigen Führungsausnehmungen ausgebildet
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Sofern gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Federteller auf dem Kolbenstangenabschnitt längsverschiebbar gelagert ist, können Querkrafteinflüsse der Rückstellfeder auf den Steuerschieber und somit Störeinflüsse an dem Steuerschieber auf einfache Weise vermieden werden.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung bildet die Längsbohrung an einem dem Druckraum zugewandten Bereich einen Ansteuerdruckraum einer zweiten Stirnfläche des Steuerschiebers, wobei ein rohrförmiges Steuerdruckführungsrohr vorgesehen ist, das den Ansteuerdruckraum des Steuerschiebers mit der Steuerdruckversorgung längsverschiebbar verbindet. Mit einem derartigen Steuerdruckführungsrohr, an dem beispielsweise der Kolbenabschnitt im Bereich der Längsbohrung längsverschiebbar angeordnet ist, kann der hydraulische Steuerdruck auf einfache Weise in den im längsverschiebbaren Stellkolben ausgebildeten Ansteuerdruckraum zur Beaufschlagung der zweiten Stirnfläche des Steuerschiebers geführt werden.
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Zweckmäßigerweise ist das Steuerdruckführungsrohr in einem den Druckraum des Stellkolbens begrenzenden gehäusefesten Anschlussdeckel befestigt. Hierdurch wird erzielt, dass die infolge der Druckbeaufschlagung des Steuerdruckführungsrohrs mit dem Steuerdruck erzeugte Axialkraft nicht auf den Stellkolben ausgeübt wird, sondern neutral am Gehäuse abgestützt wird. Zudem führt das Steuerdruckführungsrohr hierdurch keinen Hub aus, so dass es in einer zweckmäßigen Ausführungsform in den einseitig hohl gebohrten Steuerschieber bauraumseitig eintauchen kann.
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In dem Anschlussdeckel ist bevorzugt ein mit dem Vorsteuerventil in Verbindung stehender Steuerdruckkanal ausgebildet. Der Druckraum kann auf einfache mit einem Anschlussdeckel nach der Montage des Stellkolbens in der Stellkolbenaufnahmebohrung verschlossen werden, wobei in dem Anschlussdeckel ein mit dem elektrisch betätigten Vorsteuerventil in Verbindung stehender Steuerdruckkanal auf einfache Weise hergestellt werden kann.
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Sofern gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Steuerdruckführungsrohr mittels eines Kugelgelenks am Gehäuse befestigt ist, kann bei einer axialen Bewegung des mit dem Verdrängervolumenstellorgan in Wirkverbindung stehenden Stellkolbens eine Relativbewegung zwischen dem Stellkolben und dem Steuerdruckführungsrohr auf einfache Weise ausgeglichen werden.
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Das Steuerdruckführungsrohr kann hierbei direkt in der den Steuerschieber aufnehmenden Längsbohrung des Kolbenabschnitts des Stellkolbens längsverschiebbar angeordnet sein. Zudem ist es möglich, die Längsbohrung des Kolbenabschnitts im Bereich des Ansteuerdruckraums des Steuerschiebers mittels eines am Kolbenabschnitt befestigten Steuerdeckels zu verschließen, wobei der Steuerdeckel auf dem Steuerdruckführungsrohr längsverschiebbar gelagert ist.
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Zweckmäßigerweise ist zur Abdichtung des Ansteuerdruckraums gegenüber dem Steuerdruckführungsrohr eine Dichtungseinrichtung vorgesehen. Mit einer derartigen Dichtungseinrichtung, die zwischen der Längsbohrung und dem Steuerdruckführungsrohr bzw. dem Steuerdeckel und dem Steuerdruckführungsrohr angeordnet ist, kann auf einfache Weise der Ansteuerdruckraum des Steuerschiebers gegenüber dem Druckraum des Stellkolbens abgedichtet werden.
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Es ist jedoch ebenfalls möglich, das Steuerdruckführungsrohr an dem Stellkolben zu befestigen, beispielsweise mittels eines Kugelgelenks.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist in dem Kolbenabschnitt des Stellkolbens ein zu dem Druckraum geführter Steuerkanal ausgebildet, der mittels des Steuerschiebers mit einem in dem Kolbenabschnitt des Stellkolbens ausgebildeten Stelldruckversorgungskanal und mit einem in dem Stellkolben, insbesondere dem Kolbenstangenabschnitt des Stellkolbens, ausgebildeten Entlastungskanal verbindbar ist, der mit dem Gehäuseinnenraum in Verbindung steht. Mit einem derartigen, in dem Stellkolben ausgebildeten Steuerkanal, einem in dem Stellkolben ausgebildeten Stelldruckversorgungskanal und einem in dem Stellkolben ausgebildeten Entlastungskanal kann der Druckraum des Stellkolbens auf einfache Weise in der ersten Steuerstellung des Steuerschiebers mit der Steuerdruckquelle verbunden werden und in der zweiten Steuerstellung über den Gehäuseinnenraum zu einem Behälter entlastet werden.
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Die Verbindung des in dem Stellkolben ausgebildeten Stelldruckversorgungskanals mit der Stelldruckquelle kann mit geringem Bauaufwand erfolgen, wenn der Stelldruckversorgungskanal mit einer am Außenumfang des Kolbenabschnitts ausgebildeten Ringnut des Stellkolbens verbunden ist, wobei die Ringnut über den gesamten Stellkolbenweg mit einer mit der Stelldruckquelle in Verbindung stehenden Stelldruckversorgungsleitung in Verbindung steht. Mit einer derartigen am Kolbenabschnitt des Stellkolbens ausgebildeten Ringnut kann auf einfache Weise über den gesamten Stellkolbenweg eine Verbindung des Stelldruckversorgungskanals im Stellkolben mit einer an die Stellkolbenaufnahmebohrung angeschlossenen Stelldruckversorgungsleitung der Stelldruckquelle erzielt werden.
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Zweckmäßigerweise ist hierbei die Ringnut mittels in dem Kolbenabschnitt angeordneten Dichtungseinrichtungen gegenüber dem Druckraum und dem Gehäuseinnenraum abgedichtet.
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Der Steuerschieber weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung zur Ansteuerung der Verbindung des Steuerdruckversorgungskanals mit dem Steuerkanal eine erste Steuerausnehmung und zur Ansteuerung der Verbindung des Steuerkanals mit dem Entlastungskanal eine zweite Steuerausnehmung auf. Mit derartigen, beispielsweise als ringförmige Steuernuten ausgebildeten Steuerausnehmungen des Steuerschiebers kann auf einfache Weise die Verbindung des Druckraumes des Stellkolbens mit der Stelldruckquelle und dem Gehäuseinnenraum und somit dem Behälter gesteuert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Verdrängermaschine einseitig im Verdrängervolumen verstellbar und befindet sich bei nicht angesteuertem Stelldruckregelventil mittels der Regelfeder in einer Stellung mit minimalem Verdrängervolumen. Bei einer derartigen einseitig verstellbaren Verdrängermaschine kann mit lediglich einem Stellkolben eine Verstellung des Verdrängervolumenstellorgans erzielt werden. Durch die Einstellung des Verdrängervolumenstellorgans auf minimales Verdrängervolumen bei nicht angesteuertem Stelldruckregelventil kann eine hohe Sicherheit der Verdrängermaschine und der von der Verdrängermaschine betätigten Verbraucher erzielt werden, da bei einem Fehler des Ansteuersignals, beispielsweise einem Verlust des das Vorsteuerventil ansteuernden elektrischen Steuersignals, oder bei einem Zusammenbrechen des Stelldrucks bei einem Fehler der Stelldruckquelle, der Stellkolben durch die Rückstellfeder selbstständig das Verdrängervolumenstellorgan in die Stellung mit minimalem Verdrängervolumen bewegt. Zudem wird hierbei erzielt, dass bei nicht angesteuertem Stelldruckregelventil und somit im stromlosen Zustand des elektrisch angesteuerten Vorsteuerventils und insbesondere bei nicht vorhandener Stelldruckversorgung, die Verdrängermaschine auf minimales Verdrängervolumen eingestellt ist, wobei bei einer mobilen Arbeitsmaschine beim Anlassen einer die Verdrängermaschine antreibenden Verbrennungsmaschine, beispielsweise einem Dieselmotor, durch eine geringe Menge von umzuwälzendem Druckmittel eine geringe Anlasserleistung erforderlich ist, insbesondere bei kalter Witterung mit zähem Druckmittel.
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Es ist ebenfalls möglich, die Verdrängermaschine beidseitig im Verdrängervolumen zu verstellen, wobei gegebenenfalls zwei an dem Verdrängervolumenstellorgan gegenüberliegend angeordnete Stellkolben mit jeweils einem integrierten Steuerschieber des Stelldruckregelventils vorgesehen sind.
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Die erfindungsgemäße Verdrängermaschine kann als Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise mit einem als Schrägscheibe ausgebildeten Verdrängervolumenstellorgan ausgebildet sein.
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Zudem kann die erfindungsgemäße Verdrängermaschine als Axialkolbenmaschine in Schrägachsenbauweise mit einem als Zylindertrommel ausgebildeten Verdrängervolumenstellorgan ausgebildet sein.
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Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Verdrängermaschine als Radialkolbenmaschine oder Flügelzellenmaschine mit einem als Hubring ausgebildeten Verdrängervolumenstellorgan auszuführen.
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Die Verdrängermaschine kann hierbei weiterhin als Pumpe oder Motor ausgebildet sein.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in den schematischen Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen
- 1 eine erfindungsgemäße Verdrängermaschine in einer Prinzipdarstellung,
- 2 eine Ausführungsform der Stelleinrichtung in einer vergrößerten Darstellung und
- 3 die Stelleinrichtung gemäß der 2 in einer weiteren Betriebsstellung.
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In der 1 ist eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen, beispielsweise als Axialkolben-Schrägscheibenmaschine, ausgebildeten Verdrängermaschine 1 mit verstellbarem Verdrängervolumen dargestellt. Ein als Schwenkwiege ausgebildetes Verdrängervolumenstellorgan 2 ist mittels einer Stellenrichtung 3 in der Neigung einstellbar.
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Die Stelleinrichtung 3 weist einen Stellkolben 5 auf, der mit einem Kolbenabschnitt 5a in einer Stellkolbenaufnahmebohrung 6 eines Gehäuses der Verdrängermaschine 1 längsverschiebbar angeordnet ist und mit einem Kolbenstangenabschnitt 5b mittels eines Gelenks 7, beispielsweise eines Kugelgelenks, mit dem Verdrängervolumenstellorgan 2 in Verbindung steht.
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Die Stelleinrichtung 3 weist ein Stelldruckregelventil 8 auf, mittels dem ein Druckraum 9 des Stellkolbens 5 mit einem Stelldruck einer Stelldruckquelle 10, beispielsweise einer Steuerdruckpumpe, beaufschlagbar oder zu einem Behälter entlastbar ist. Der Stellkolben 5 ist entgegen dem im Druckraum 9 anstehenden Stelldruck von auf das Verdrängungsvolumenstellorgan 2 wirkenden Eigenstellmomenten 60 und von einer Rückstellfeder 11 beaufschlagt, die mit einem Ende mittels eines Federtellers 12 an dem Gehäuse der Verdrängermaschine 1 abgestützt ist und im Bereich des Kolbenstangenabschnitts 5b des Stellkolbens 5 angeordnet ist.
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Das Stelldruckregelventil 8 ist als Lageregelventil ausgebildet, das erfindungsgemäß in dem Stellkolben 5 integriert ist und von einem Ansteuersignal entgegen der Rückstellfeder 11 beaufschlagt ist.
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Der Kolbenabschnitt 5a des Stellkolbens 5 ist hierzu mit einer Längsbohrung 15 versehen, in der ein als Längsschieber ausgebildeter Steuerschieber 16 des Stelldruckregelventils 8 längsverschiebbar angeordnet ist. Der Steuerschieber 16 ist mittels eines als elektro-hydraulischer Steuerdruck ausgebildeten Ansteuersignals, der in einer Steuerdruckleitung 17 ansteht, in Richtung einer ersten Steuerstellung 16a betätigbar und mittels der Rückstellfeder 11 in Richtung einer zweiten Steuerstellung 16b.
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In der ersten Steuerstellung 16a des Steuerschiebers 16 ist der Druckraum 9 des Stellkolbens 5 an die Stelldruckquelle 10 angeschlossen. Hierzu ist in dem Kolbenabschnitt 5a des Stellkolbens 5 ein von der Längsbohrung 15 zu dem Druckraum 9 geführter Steuerkanal 20 ausgebildet, der mittels des Steuerschiebers 16 in der ersten Steuerstellung 16a mit einem in dem Kolbenabschnitt 5a ausgebildeten Stelldruckversorgungskanal 21 verbindbar ist. Der Stelldruckversorgungskanal 21 mündet hierbei in eine am Außenumfang des Kolbenabschnittes 5a ausgebildete Ringnut 22, wobei eine mit der Stelldruckquelle 10 verbundene Stelldruckversorgungsleitung 23 derart an die Stellkolbenaufnahmebohrung 6 des Gehäuses angeschlossen ist, dass die Ringnut 22 über den gesamten Stellweg des Stellkolbens 5 mit der Stelldruckversorgungsleitung 23 verbunden ist.
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An dem Kolbenabschnitt 5a sind hierbei beispielsweise als O-Ringe ausgebildete Dichtungseinrichtungen 24a, 24b angeordnet, wobei die Ringnut 22 mittels der Dichtungseinrichtung 24a gegenüber dem Druckraum 9 und mittels der Dichtungseinrichtung 24b gegenüber dem Gehäuseinnenraum abgedichtet ist.
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In der zweiten Steuerstellung 16b des Steuerschiebers 16 ist der Druckraum 9 mit dem Gehäuseinnenraum verbunden und somit zu einem Behälter entlastet. In dem Kolbenabschnitt 5a des Stellkolbens 5 ist hierzu ein zu dem Gehäuseinnenraum geführter Entlastungskanal 25 angeordnet, der in der zweiten Steuerschaltung 16b des Steuerschiebers 16 mit dem Steuerkanal 20 verbunden ist.
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Die Rückstellfeder 11 stützt sich mit einem zweiten Ende an einem Federteller 26 ab, der mittels eines in dem Kolbenstangenabschnitt 5b in axialer Richtung des Stellkolbens 5 längsverschiebbar gelagerten Querstiftes 27 mit dem Steuerschieber 16 in Wirkverbindung steht.
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Der in der Steuerdruckleitung 17 anstehende Steuerdruck ist mittels eines elektrisch angesteuerten Vorsteuerventils 30 erzeugbar, beispielsweise mittels eines elektrisch angesteuerten Druckminderventils. Das Vorsteuerventil 30 ist eingangsseitig an die als Steuerdruckpumpe ausgebildete Stelldruckquelle 10 angeschlossen.
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Die Längsbohrung 15 des Kolbenabschnitt 5a des Stellkolbens 5 bildet in dem dem Druckraum 9 zugewandten Bereich einen Ansteuerdruckraum 31 für die in der 1 unten dargestellte Stirnfläche des Steuerschiebers 16. Die Steuerdruckleitung 17 ist hierbei an ein rohrförmiges Steuerdruckführungsrohr 32 angeschlossen, das in einem die Stellkolbenaufnahmebohrung 6 im Bereich des Druckraumes 9 abschließenden gehäuseseitigen Anschlussdeckel 33 befestigt ist. Der Kolbenabschnitt 5a des Stellkolbens 5 ist mit der Längsbohrung 15 auf dem Steuerdruckführungsrohr 32 gelagert, wobei mittels einer Dichtungseinrichtung 34 der Druckraum 9 des Stellkolbens 5 gegenüber dem Ansteuerdruckraum 31 des Steuerschiebers 16 abgedichtet ist.
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In den 2 und 3 ist eine konstruktive Ausführungsform der Stelleinrichtung 3 einer einseitig im Fördervolumen verstellbaren hydrostatischen Verdrängermaschine 1 dargestellt. Gleiche Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Gemäß den 2 und 3 ist in dem Anschlussdeckel 33 ein Steuerdruckkanal 17a ausgebildet, der an den mit dem Vorsteuerventil 30 verbundenen Steuerdruckkanal 17 angeschlossen ist. Das rohrförmige Steuerdruckführungsrohr 32 ist mittels eines Kugelgelenks 35 in dem gehäuseseitigen Anschlussdeckel 33 befestigt. Der Ansteuerdruckraum 31 des Steuerschiebers 16 ist mittels eines in der Längsbohrung 15 des Kolbenabschnittes 5a befestigten Steuerdeckels 36 abgeschlossen, der auf dem Steuerdruckführungsrohr 32 längsverschiebbar gelagert ist. Die Dichtungseinrichtung 34 ist hierbei in einer entsprechenden Nut des Steuerdeckels 36 angeordnet.
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Der Kolbenstangenabschnitt 5b des Stellkolbens 5 ist mit zwei gegenüberliegend angeordneten, in axialer Richtung des Stellkolbens 5 angeordneten schlitzförmigen Führungsausnehmungen 37a, 37b versehen, in denen der mit der in den 2, 3 oben dargestellten Stirnfläche des Steuerschiebers 16 in Verbindung stehenden Querstift 27 in axialer Richtung des Stellkolbens 5 geführt ist. Der Federteller 26 ist mit einem rohrförmigen Führungsabschnitt versehen, der auf einem zapfenförmigen Abschnitt des Kolbenstangenabschnitts 5b des Stellkolbens 5 längsverschiebbar gelagert ist.
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Der in dem Kolbenabschnitt 5a angeordnete Steuerschieber 16 ist mit einer ersten nutförmigen Steuerausnehmung 40 versehen, mittels der der mit der Ringnut 22 verbundene Stelldruckversorgungskanal 21 in der in der 2 dargestellten ersten Steuerstellung an den zu dem Druckraum 9 geführten Steuerkanal 20 anschließbar ist. Der Steuerkanal 20 ist hierbei an eine in der Längsbohrung 15 des Stellkolbens 5 ausgebildete Ringnut 38 angeschlossen. Der Steuerschieber 16 ist mit einer zweiten nutförmigen Steuerausnehmung 41 versehen, mittels der in der 3 dargestellten zweiten Steuerstellung des Steuerschiebers 16 der Steuerkanal 20 mit dem Entlastungskanal 25 verbunden ist. Der Entlastungskanal 25 ist hierbei in dem Kolbenstangenabschnitt 5b des Stellkolbens 5 angeordnet und mündet oberhalb des Federtellers 26 in den Gehäuseinnenraum. An einem die Steuerausnehmung 41 begrenzenden Durchmesser 42 des Steuerschiebers 16 können hierbei mehrere Durchgangsöffnungen ausgebildet werden.
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Das Vorsteuerventil 30 gemäß den 1 bis 3 ist eingangsseitig mit der Stelldruckquelle 10 verbunden und mittels einer elektrischen Betätigungseinrichtung 50, beispielsweise eines Proportionalmagneten, durch ein elektrisches, in einer Steuerleitung 51 geführtes Steuersignal in Richtung einer einen in der Steuerdruckleitung 17 anstehenden hydraulischen Steuerdruck erzeugenden Stellung betätigbar.
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Die erfindungsgemäße Verdrängereinheit arbeitet wie folgt:
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Die Verdrängermaschine gemäß den 2 und 3 befindet sich bei nicht angesteuerter Betätigungseinrichtung 50 des Vorsteuerventils 30 in der in der 2 dargestellten Stellung mit minimalem Verdrängervolumen, wobei der Steuerschieber 16 mittels der Rückstellfeder 11 in die zweite Steuerstellung 16b beaufschlagt ist und der Stellkolben 5 mit dem Steuerdeckel 36 an dem gehäuseseitigen Anschlussdeckel 33 anliegt. Zum Ausschwenken der Verdrängermaschine 1 in Richtung des in der 3 dargestellten maximalen Verdrängervolumens wird die elektrische Betätigungseinrichtung 50 des Vorsteuerventils 30 mittels eines entsprechenden elektrischen Steuersignals angesteuert, wodurch mittels des Vorsteuerventils 30 in der Steuerdruckleitung 17 ein entsprechender, zu dem elektrischen Steuersignal proportionaler Steuerdruck erzeugt wird, der über den im Anschlussdeckel 33 ausgebildeten Steuerdruckkanal 17a und das Steuerdruckführungsrohr 32 in dem Ansteuerdruckraum 31 des Steuerschiebers 16 ansteht und den Steuerschieber 16 nach in der 2 oben entgegen der Kraft der Rückstellfeder 11 in Richtung der ersten, in der 2 dargestellten Steuerschaltung 16a beaufschlagt, bis sich ein Kräftegleichgewicht am Steuerschieber 16 zwischen dem im Ansteuerdruckraum 31 anstehenden Steuerdruck und der Kraft der Rückstellfeder 11 einstellt. Der Steuerschieber 16 stützt sich hierbei mit der oberen Stirnfläche an dem Querstift 27 ab, der in den Führungsausnehmungen 37a, 37b des Stellkolbens 5 in axialer Richtung geführt ist und über den Federteller 26 die Rückstellfeder 11 vorspannt. Hierdurch ist ein proportionaler Zusammenhang zwischen dem das Vorsteuerventil 30 ansteuernden elektrischen Steuersignal bzw. dem von dem Vorsteuerventil 30 erzeugten Steuerdruck und der axialen Position des Ventilschiebers 16 erzielbar, wobei die axiale Position des Steuerschiebers 16 und somit die Auslenkung des Steuerschiebers 16 die Sollposition des Stellkolbens 5 und somit des Verdrängervolumenstellorgans 2 vorgibt.
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In der ersten Steuerstellung 16a des Steuerschiebers 16 ist mittels der ersten Steuerausnehmung 40 des Steuerschiebers 16 der Stelldruckversorgungskanal 21 mit dem Steuerkanal 20 verbunden, so dass der in der Stelldruckversorgungsleitung 23 anstehende Stelldruck der Stelldruckquelle 10 über den Ringraum 22, den Stelldruckversorgungskanal 21 und den Steuerkanal 20 im Druckraum 9 ansteht und den Stellkolben 5 nach in der 2 oben beaufschlagt, wodurch der Stellkolben 5 der Bewegung des Steuerschiebers 16 folgt, bis eine Abgleichstellung erzielt ist, in der die Verbindung des Steuerkanals 20 mit dem Stelldruckversorgungskanal 21 über die erste Steuerausnehmung 40 geschlossen ist.
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Zum Zurückschwenken der Verdrängermaschine 1, beispielsweise aus der Stellung mit maximalem Verdrängervolumen, wird gemäß der 3 das elektrische Steuersignal der das Vorsteuerventil 30 betätigenden Betätigungseinrichtung 50 vermindert und somit der in dem Ansteuerdruckraum 31 des Steuerschiebers 16 anstehenden Steuerdruck verringert, wodurch der Steuerschieber 16 von der gespannten Rückstellfeder 11 über den Federteller 26 und den Querstift 27 nach in der 3 unten in Richtung der zweiten Steuerstellung 16b beaufschlagt wird, bis ein Kräftegleichgewicht zwischen der Kraft der Rückstellfeder 11 und dem im Ansteuerdruckraum 31 anstehenden Ansteuerdruck herrscht. Die axiale Position des Steuerschiebers 16 und somit die Auslenkung des Steuerschiebers 16 gibt hierbei wiederum die Sollposition des Stellkolbens 5 und somit des Verdrängervolumenstellorgans 2 vor. In der zweiten Steuerschaltung 16b ist mittels der zweiten Steuerausnehmung 41 der Steuerkanal 20 über die in dem Durchmesser 42 des Steuerschiebers 16 angeordneten Durchgangsöffnungen mit dem Entlastungskanal 25 und somit dem mit dem Behälter verbundenen Gehäuseinnenraum verbunden, so dass der Stellkolben 5 von den Eigenstellmomenten 60 des als Schwenkwiege ausgebildeten Verdrängervolumenstellorgans 2 und der Rückstellfeder 11 nach in der 3 unten beaufschlagt wird und somit der Auslenkung des Steuerschiebers 16 folgt, bis eine Abgleichstellung erreicht ist, in der die Verbindung des Steuerkanals 20 mit dem Entlastungskanal 25 über die zweite Steuerausnehmung 42 geschlossen wird.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich ist, ist die Stelldruckversorgungsleitung 23 derart an die Stellkolbenaufnahmebohrung 6 angeschlossen, dass mittels der Ringnut 22 der Stelldruckversorgungskanal 21 im Stellkolben 5 über den gesamten Stellweg des Stellkolbens 5 mit der Stelldruckquelle 10 verbunden ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 mit dem in dem Stellkolben 5 integrierten Steuerschieber 16 des Stelldruckregelventils 8 gibt der Steuerschieber 16 proportional zu dem Ansteuersignal die Sollposition des Stellkolbens 5 und somit des Verdrängervolumenstellorgans 2 durch Vorspannen bzw. Entlasten der Rückstellfeder 11 vor, wobei der Stellkolben 5 der Bewegung des Steuerschiebers 16 folgt und der Stellkolben 5 die Istposition des Verdrängervolumenstellorgans 2 an den Steuerschieber 16 direkt mechanisch zurückmeldet.
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Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 weist der Steuerschieber 16 neben der Funktion zur Steuerung der Beaufschlagung des Druckraumes 9 des Stellkolbens 5 weiterhin die Funktion eines die Sollposition des Verdrängervolumenstellorgans 2 vorgebenden Organs auf. Die Rückstellfeder 11 weist ebenfalls eine Doppelfunktion auf und dient zur Vorgabe der Sollposition der Verdrängervolumenstellorgans 2 durch die Beaufschlagung des Steuerschiebers 16 sowie zum Zurückschwenken des Verdrängervolumenstellorgans 2 durch die Beaufschlagung des Stellkolbens 5. Zudem weist der Stellkolben 5 eine Doppelfunktion auf, der über den im Druckraum 9 anstehenden Ansteuerdruck die Kraft zum Verstellen des Verdrängervolumenstellorgans 2 erzeugt und gleichzeitig zur direkten mechanischen Rückführung der Istposition des Verdrängervolumenstellorgans 2 an den Steuerschiebers 16 des Stelldruckregelventils 8 dient.
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Bei der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 weist die Stelleinrichtung 3 eine geringe Teileanzahl und einen geringen Bauraumbedarf auf. Zudem weist die Stelleinrichtung 3 eine Robustheit gegenüber Störeinflüssen, beispielsweise Reibungskräfte am Steuerschieber 16 des Stelldruckregelventils 8, auf, wobei weiterhin eventuell auftretende Störeinflüsse aufgrund des hohen Kraftniveaus der Stelleinrichtung 3 einen geringen Störeinfluss ausüben. Zudem weist die erfindungsgemäße Verdrängermaschine 1 aufgrund der Integration des Steuerschiebers 16 des Stelldruckregelventils 8 in dem Stellkolben 5 kurze Signalwege auf, die eine hohe Verstelldynamik der erfindungsgemäßen Verdrängermaschine 1 bewirken.
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Insgesamt wird somit eine Verdrängermaschine 1 mit einem zu dem elektrischen Steuersignal und somit dem Ansteuersignal proportionalen Verstellverhalten des Verdrängervolumenstellorgans 2 mit einer hohen Stellpräzision und Verstelldynamik zur Verfügung gestellt, wobei die Stelleinrichtung 3 einen geringen Bauaufwand und geringen Bauraumbedarf verursacht.
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Der Stellkolben 5 kann als einfach wirkender oder doppelt wirkender Stellkolben ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Stellkolbenaufnahmebohrung 6 auch als Stufenbohrung ausgebildet sein und der Stellkolben 5 einen druckraumseitigen, in den 2 und 3 unten dargestellten um einige Millimeter vergrößerten Durchmesser aufweisen, wodurch eine vom Versorgungsdruck in der Stelldruckversorgungsleitung 23 abhängige und vom Betriebsdruck unabhängige Kraft in Rückschwenkrichtung erzeugt wird, die das Rückschwenkverhalten bei geringen Betriebsdrücken und fehlenden Eigenstellmomenten unterstützt. Anstelle der konzentrischen Anordnung des Steuerschiebers 16 in dem Stellkolben 5 gemäß den 1 bis 3 ist ebenfalls eine exzentrische Anordnung des Steuerschiebers 16 im Stellkolben 5 möglich.
