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Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem linear bewegbaren Stellkolben, der mit einer Schwenkeinrichtung gekoppelt ist, die um eine Schwenkachse schwenkbar ist.
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Stand der Technik
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 052 067 A1 ist eine Kolbenmaschine mit mehreren Zylinder-Kolben-Einheiten und mit einer Verteilerplatte bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, im Hinblick auf die Funktion und/oder die Herstellkosten zu optimieren.
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Die Aufgabe ist bei einer Axialkolbenmaschine mit einem linear bewegbaren Stellkolben, der mit einer Schwenkeinrichtung gekoppelt ist, die um eine Schwenkachse schwenkbar ist, dadurch gelöst, dass der Stellkolben über einen Rollenschuh und eine Laufrolle mit der Schwenkeinrichtung gekoppelt ist. Die Schwenkeinrichtung ist vorzugsweise als Schwenkwiege ausgeführt. Der Rollenschuh und die Laufrolle ermöglichen auf einfache Art und Weise Relativbewegungen zwischen der Schwenkeinrichtung und dem Stellkolben in einer radialen Richtung. Der Begriff radial bezieht sich auf eine Drehachse eines Zylinders der Axialkolbenmaschine. In dem Zylinder, der auch als Trommel bezeichnet wird, sind Arbeitskolben der Axialkolbenmaschine hin und her bewegbar geführt. Der Zylinder dreht sich im Betrieb der Axialkolbenmaschine um seine Drehachse.
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Radial bedeutet quer zur Drehachse des Zylinders. Darüber hinaus können durch den Rollenschuh und die Laufrolle unerwünschte hydraulische Verluste im Betrieb der Axialkolbenmaschine reduziert werden. Der Stellkolben wirkt vorzugsweise mit einem Gegenkolben zusammen, der an einer dem Stellkolben entgegengesetzten Seite der Schwenkeinrichtung angreift. Der Gegenkolben ist vorteilhaft in gleicher Weise wie der Stellkolben über einen weiteren Rollenschuh und eine weitere Laufrolle mit der Schwenkeinrichtung gekoppelt. Der Stellkolben mit dem Rollenschuh und der Laufrolle ist vorteilhaft durch eine Feder gegen die Schwenkeinrichtung vorgespannt. Die Feder ist zum Beispiel zwischen einem der Schwenkeinrichtung abgewandten Ende des Stellkolbens und einer Anschlussplatte oder Adapterplatte der Axialkolbenmaschine eingespannt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenschuh an einem Ende des Stellkolbens ausgebildet ist. Der Rollenschuh ist vorzugsweise einstückig mit dem Stellkolben verbunden. Das liefert den Vorteil, dass eine separate Montage des Rollenschuhs entfallen kann. Der Stellkolben umfasst vorzugsweise einen im Wesentlichen hülsenartigen Grundkörper, der einen Druckraum begrenzt und in Längsrichtung auf einem Führungskörper hin und her bewegbar geführt ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben an einem der Schwenkeinrichtung zugewandten Ende eine Ausnehmung aufweist, in der die Laufrolle drehbar gelagert ist. Die Gestalt der Ausnehmung ist an die Gestalt der Laufrolle angepasst. Eine Längsachse oder Drehachse der Laufrolle erstreckt sich parallel zur Schwenkachse der Schwenkeinrichtung. Die Drehachse des Zylinders schneidet sich mit der Schwenkachse der Schwenkeinrichtung, die senkrecht zur Drehachse des Zylinders angeordnet ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle in der Ausnehmung am Ende des Stellkolbens gehalten ist. Die Laufrolle hat vorteilhaft einen kreisrunden Querschnitt. Die Gestalt der Ausnehmung hat, im Querschnitt betrachtet, die Gestalt eines Kreisbogens, der vorteilhaft mehr als die Hälfte des Laufrollenquerschnitts umgreift. Dadurch wird die Laufrolle auf einfache Art und Weise in der Ausnehmung am Ende des Stellkolbens gehalten. Die Montage der Laufrolle kann auf einfache Art und Weise in axialer Richtung erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben einen Druckraum begrenzt und ein Durchgangsloch aufweist, das den Druckraum mit der Ausnehmung am Ende des Stellkolbens verbindet. Über das Durchgangsloch, das vorteilhaft eine Drossel darstellt, wird ein Durchtritt von Schmiermedium aus dem Druckraum zur Laufrolle ermöglicht. Das Durchgangsloch mündet vorteilhaft in einem Kontaktbereich zwischen dem Stellkolben und der Laufrolle.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle im Wesentlichen die Gestalt eines geraden Kreiszylinders aufweist. Die Längsachse des Kreiszylinders entspricht der Drehachse der Laufrolle. Die Stirnflächen an den Enden des Kreiszylinders können ballig ausgeführt sein, das heißt konvex gekrümmt sein.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Laufrolle um eine Laufrollenlängsachse drehbar so an der Schwenkeinrichtung gelagert ist, dass ein Verdrehen des Rollenschuhs und/oder des Stellkolbens um eine Stellkolbenlängsachse verhindert wird. Die Stellkolbenlängsachse erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Drehachse des Zylinders der Axialkolbenmaschine und senkrecht zur Laufrollenlängsachse. Die Laufrollenlängsachse entspricht der vorab genannten Längsachse des Kreiszylinders.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung eine konkave Führungsfläche aufweist, die so ausgeführt und angeordnet ist, dass ein Verdrehen der Laufrolle um die Laufrollenlängsachse ermöglicht und ein Verdrehen des Rollenschuhs und/oder des Stellkolbens um die Stellkolbenlängsachse verhindert wird. Die konkave Führungsfläche weist vorteilhaft einen Krümmungsradius auf, der etwas größer als der Radius des Laufrollenquerschnitts ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Axialkolbenmaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkolbenmaschine einen Verstellkolben und einen Gegenkolben umfasst, die über jeweils einen Rollenschuh und jeweils eine Laufrolle mit der Schwenkeinrichtung gekoppelt sind. Der Verstellkolben und der Gegenkolben können beide als Stellkolben bezeichnet werden und sind parallel zur Drehachse des Zylinders linear oder translatorisch bewegbar.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Rollenschuh, eine Laufrolle, einen Stellkolben und/oder eine Schwenkeinrichtung für eine vorab beschriebene Axialkolbenmaschine. Die genannten Teile sind separat handelbar.
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Die auch als Hydrostat bezeichnete Axialkolbenmaschine ist vorteilhaft in einem stationären oder mobilen Hydraulikantrieb angeordnet. Der mobile Hydraulikantrieb ist vorzugsweise Teil eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 einen Hydrostaten in Axialkolbenbauart mit einer Verteilerplatte und einer Anschlussplatte im Längsschnitt und
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2 einen vergrößerten Ausschnitt aus 1 mit einem erfindungsgemäßen Rollenschuh.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In 1 ist ein Hydrostat 1 in Axialkolbenbauart im Längsschnitt dargestellt. Der Hydrostat 1 kann auch als Axialkolbenmaschine bezeichnet werden. Die Axialkolbenmaschine 1 umfasst ein Gehäuse 2 mit einem Zylinder 3 und einer Antriebswelle 4.
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Die Axialkolbenmaschine 1 kann in einem offenen Kreislauf oder in einem geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Beim offenen Kreislauf fließt ein Hydraulikmedium, wie Hydrauliköl, das auch als Druckflüssigkeit bezeichnet wird, von einem Tank zur Axialkolbenmaschine 1 und wird von dort über eine Ventileinrichtung zu einem Verbraucher gefördert. Vom Verbraucher fließt das Hydraulikmedium über die Ventileinrichtung zum Tank zurück. In einem geschlossenen Kreislauf fließt das Hydraulikmedium von der Axialkolbenmaschine zum Verbraucher und von dort direkt zurück zur Axialkolbenmaschine 1. Dabei gibt es eine Hochdruckseite und eine Niederdruckseite, die je nach Belastung wechselt.
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Wenn die Axialkolbenmaschine über die Antriebswelle 4 mechanisch angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenpumpe. Wenn die Axialkolbenmaschine hydraulisch über den Zylinder 3 angetrieben wird, dann arbeitet die Axialkolbenmaschine als Axialkolbenmotor. Die Axialkolbenmaschine 1 kann nur als Motor oder nur als Pumpe betrieben werden. Die Axialkolbenmaschine 1 kann prinzipiell aber auch im Wechsel sowohl als Pumpe als auch als Motor betrieben werden.
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Der Hydrostat 1 umfasst mehrere Kolben 5, die axial zu der Antriebswelle 4 angeordnet sind. Axial bedeutet in Richtung oder parallel zu einer Drehachse der Antriebswelle 4. Durch eine Schwenkwiege 8, die auch als Schrägscheibe bezeichnet wird, kann ein von der Axialkolbenmaschine geförderter Volumenstrom stufenlos verstellt werden. Daher wird der Hydrostat 1 mit der Schwenkwiege 8 auch als Verstellpumpe bezeichnet.
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Im Pumpenbetrieb wird die Antriebswelle 4 durch einen (nicht dargestellten) Antriebsmotor mit Drehmoment und Drehzahl angetrieben. Über die Antriebwelle 4, die auch als Triebwelle bezeichnet wird, wird der Zylinder 3, zum Beispiel über eine Verzahnung, mitgenommen und in Drehung versetzt. Bei jeder Umdrehung führen die Kolben 5 in Zylinderbohrungen des Zylinders 3 einen Hub aus, dessen Größe von der Schrägstellung der Schwenkwiege 8 abhängig ist.
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Zwischen der Schwenkwiege 8 und den Kolben 5 sind Kolbenschuhe oder Gleitschuhe 10 angeordnet. Die Gleitschuhe oder Kolbenschuhe 10 werden mit den Kolben 5 durch eine Rückzugplatte 12 auf einer Gleitfläche der Schwenkwiege 8 gehalten und geführt.
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Durch die Schrägstellung der Schwenkwiege 8 bewegt sich jeder Kolben 5 während einer Umdrehung über einen unteren und einen oberen Totpunkt zurück in seine Ausgangslage. Dabei wird durch Steuerschlitze in einer Steuerplatte oder Verteilerplatte 13 eine dem Hubvolumen entsprechende Druckflüssigkeit zu- und abgeführt. Die Verteilerplatte 13 ist zwischen dem Zylinder 3 und einer Anschlussplatte oder Adapterplatte 14 angeordnet.
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Auf einer Saugseite strömt Druckflüssigkeit in einen sich vergrößernden Kolbenraum. Gleichzeitig wird auf einer Hochdruckseite die Druckflüssigkeit durch die Kolben 5 aus dem Zylinderraum in ein angeschlossenes Hydrauliksystem gedrückt.
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Der Schwenkwinkel der Schwenkwiege 8 ist stufenlos verstellbar. Durch die Verstellung des Schwenkwinkels der Schwenkwiege 8 verändert sich der Kolbenhub und damit das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1. Die Verstellung des Schwenkwinkels erfolgt hydraulisch über einen Stellkolben 15. Die Schwenkwiege 8 ist leicht gängig in Schwenklagern gelagert und wird von einem Gegenkolben 16 im Gleichgewicht gehalten. Bei einer Vergrößerung des Schwenkwinkels steigt das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1, bei einer Verkleinerung verringert sich dieses entsprechend.
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In 2 ist ein Ausschnitt aus 1 teilweise vereinfacht und teilweise mit mehr Details zur vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Schwenkwiege 8 wird allgemein auch als Schwenkeinrichtung 20 bezeichnet, die um eine Schwenkachse 22 schwenkbar ist. Die Schwenkachse 22 erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene der 2. Eine Drehachse 24 des Zylinders (3 in 1) erstreckt sich in 2 in vertikaler Richtung und hat einen Schnittpunkt mit der Schwenkachse 22 der Schwenkeinrichtung 20.
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Ein Stellkolben 25 in 2 entspricht dem Stellkolben 15 in 1. Der Stellkolben 25 umfasst einen hülsenartigen Grundkörper 23, der auf einem Führungskörper 26 parallel zur Drehachse 24 translatorisch hin und her bewegbar geführt ist. Der Führungskörper 26 kann einstückig mit der Anschlussplatte 14 verbunden sein. Der Führungskörper 26 kann auch formschlüssig, zum Beispiel durch eine Schraubverbindung, fest mit der Anschlussplatte 14 verbunden sein.
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Eine Feder 27 ist zwischen einem der Schwenkeinrichtung 20 abgewandten Ende des hülsenartigen Grundkörpers 23 des Stellkolbens 25 und der Anschlussplatte 14 eingespannt. Die Feder 27 ist als vorgespannte Schraubendruckfeder ausgeführt und spannt den Stellkolben 25 mit seinem der Schwenkeinrichtung 20 zugewandten Ende gegen die Schwenkeinrichtung 20 vor.
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Im Inneren des Stellkolbens 25 begrenzt der hülsenartige Grundkörper 23 einen Druckraum 28, der über einen Druckkanal 29 mit einem Stelldruck beaufschlagt wird. Der Stelldruck wird durch ein mit Druck beaufschlagtes Hydraulikmedium, wie Öl, bereitgestellt. Dabei wirkt der Stelldruck in dem Druckraum 28 zusätzlich zu der Vorspannkraft der Feder 27. Wenn der Druck in dem Druckraum 28 auf Umgebungsdruck abfällt, dann wird der Stellkolben 25 allein durch die Vorspannkraft der Feder 27 gegen die Schwenkeinrichtung 20 vorgespannt.
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Das der Schwenkeinrichtung 20 zugewandte Ende des Stellkolbens 25 umfasst einen Rollenschuh 30. Der Rollenschuh 30 ist vorteilhaft einstückig mit dem hülsenartigen Grundkörper 23 des Stellkolbens 25 verbunden. Eine Ausnehmung 32 in dem Rollenschuh 30 dient zur Aufnahme einer Laufrolle 35.
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Die Laufrolle 35 hat die Gestalt eines geraden Kreiszylinders, dessen Längsachse parallel zur Schwenkachse 22 angeordnet ist. Die Längsachse des Kreiszylinders beziehungsweise der Laufrolle 35 erstreckt sich wie die Schwenkachse 22 senkrecht zur Zeichenebene der 2. Dabei schneidet die Längsachse und Drehachse der Laufrolle 35 die lineare beziehungsweise translatorische Bewegungsachse des Stellkolbens 25, die parallel zur Drehachse 24 angeordnet ist.
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Das der Schwenkeinrichtung 20 zugewandte Ende des Stellkolbens 25 beziehungsweise des Rollenschuhs 30 ist soweit von der Schwenkeinrichtung 20 beabstandet, dass sich die Laufrolle 35 im Betrieb der Axialkolbenmaschine 1 frei um ihre Längsachse beziehungsweise Drehachse drehen kann. Die Schwenkwiege 8 ist besonders vorteilhaft mit einer Führungsfläche 38 für die Laufrolle 35 ausgestattet.
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Die Führungsfläche 38 ist als sphärische konkave Lauffläche für die Laufrolle 35 ausgeführt. Dabei weist die Führungsfläche 38 einen Krümmungsradius auf, der etwas größer als der Radius der Laufrolle 35 ist. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein Verdrehen des Rollenschuhs 30 und des Stellkolbens 25 relativ zu der Schwenkwiege 8 verhindert.
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Darüber hinaus weist der Rollenschuh 30 am Ende des Stellkolbens 25 ein Durchgangsloch 40 auf, das den Druckraum 28 mit der Ausnehmung 32 verbindet. Durch das Durchgangsloch 40 gelangt Hydraulikmedium, wie Öl, aus dem Druckraum 28 in einen Kontaktbereich zwischen der Laufrolle 35 und der Ausnehmung 32 am Ende des Stellkolbens 25.
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Das Durchgangsloch 40 ist vorteilhaft als Drossel ausgebildet, die eine ausreichende Versorgung der Laufrolle 35 mit Schmiermedium, wie Öl, aus dem Druckraum 28 sicherstellt. Dabei ist das als Drossel ausgeführte Durchgangsloch 40 vorteilhaft so dimensioniert, dass der Stelldruck in dem Druckraum 28 nicht in einer unerwünschten Weise beeinflusst wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010052067 A1 [0002]
