DE102013224112A1 - Hydromaschine in Axialkolbenbauweise - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Hydromaschine in Axialkolbenbauweise, bei der eine Reglerabschaltung mit einer zusätzlichen Steuerkante eines Steuerventils einer Stelleinrichtung zur Verschwenkung einer Schrägscheibe realisiert ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Hydromaschine in Axialkolbenbauweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
• Derartige aus dem RD-Merkblatt RD 91703/03.10 der Bosch Rexroth AG bekannte verstellbare Hydromaschinen werden beispielsweise als Antrieb eines Lüfters eines Verbrennungsmotors verwendet. Der Hydromotor hat üblicher Weise eine Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Arbeitsräumen ausgebildet ist, die jeweils von einem Axialkolben begrenzt werden. Diese sind fußseitig an einer Schrägscheibe abgestützt, deren Schwenkwinkel zur Anpassung des Schluckvolumens mittels einer Stelleinrichtung verstellbar ist. Bei der aus dem vorgenannten Stand der Technik bekannten Lösung ermöglicht die Stelleinrichtung eine Zweipunktverstellung, um die Schrägscheibe von einem minimalen Schwenkwinkel auf einen maximalen Schwenkwinkel und in umgekehrter Richtung zu verstellen, wobei diese Verstellung stufenförmig erfolgt.
• In der DE 10 2011 012 905 A1 sind Lüfterantriebe gezeigt, bei denen die Hydromotoren jedoch nicht gattungsgemäß in Schrägscheibenbauweise sondern in Schrägachsenbauweise ausgeführt sind.
• In der DE 199 49 169 C2 ist eine Hydropumpe in Axialkolbenbauweise gezeigt, bei der die Verstellung der Schrägscheibe mittels eines proportional verstellbaren Stellventils erfolgt, über das ein Stellkolben eines Stellzylinders ansteuerbar ist, um die Schrägscheibe in Richtung Verringerung des Fördervolumens zu verstellen. In Gegenrichtung, d.h. im Sinne einer Vergrößerung des Fördervolumens wirkt bei dieser bekannten Lösung eine Rückstellfeder.
• Problematisch bei diesen Lösungen ist, dass bei einem kurzzeitigen Steuersignalverlust die Pumpe in Richtung minimales Fördervolumen einschwenkt, da üblicher Weise das Stellventil so ausgelegt ist, dass in der Grundposition (stromloser Zustand des Proportionalmagneten) im Stellraum des Stellzylinders der Pumpendruck wirkt und somit der Stellzylinder ausfährt und die Schrägscheibe einschwenkt. Entsprechend kann dann beispielsweise ein Verbraucher nicht mehr hinreichend mit Druckmittel versorgt werden. Für den Fall, in dem es sich um kurzzeitige Störungen handelt, soll eine Reglerabschaltung vorgesehen werden, in der bei einem kurzzeitigen Steuersignalverlust im Stellraum der Niederdruck wirksam ist und somit die Schrägscheibe der Pumpe in Richtung maximales Fördervolumen ausschwenkt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydromaschine zu schaffen, bei der diese Reglerabweichung mit minimalem vorrichtungstechnischem Aufwand realisiert ist.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die erfindungsgemäße Hydromaschine hat eine Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Kolben geführt ist, die gemeinsam mit der Zylindertrommel jeweils einen Arbeitsraum begrenzen. Die Kolben sind fußseitig an einer Schrägscheibe abgestützt, deren Schwenkwinkel zur Verstellung des Schluck-/Fördervolumens mittels eines Stellzylinders einer Stelleinrichtung verstellbar ist. Der Stellzylinder hat einen Stellraum, der über ein proportional verstellbares Stellventil mit Hochdruck oder Niederdruck verbindbar ist. Dabei ist über einen Steuerkolben des Stellventils ein Steuerquerschnitt einstellbar. Die Schwenkposition der Schrägscheibe wird vorzugsweise über eine Messfeder kräftemäßig auf den Steuerkolben des proportional verstellbaren Stellventils zurückgeführt, so dass sich die Stelleinrichtung in ihrer Regelposition befindet, wenn die auf den Steuerkolben wirkenden Federkräfte im Gleichgewicht stehen mit der Steuerkraft, die den Steuerkolben verstellt.
• Zur Reglerabschaltung ist der Steuerkolben mit einer zusätzlichen Steuerkante ausgeführt, über die bei Signalverlust eine Steuerölverbindung zwischen dem Stellraum und Niederdruck aufsteuerbar ist. Mit anderen Worten gesagt, in der Grundposition des Steuerkolbens wird über diese zusätzliche Steuerkante der Stellraum zum Tank hin entlastet, so dass die Schrägscheibe ausschwenkt und entsprechend das maximale Förder-/Schluckvolumen eingestellt wird, so dass eine Druckmittelversorgung des Verbrauchers gewährleistet ist. Gleichzeitig wird die Verbindung vom Hochdruck in den Stellraum unterbrochen.
• Diese Lösung zeichnet sich durch einen geringen Bauraum aus, da keine zusätzlichen Schaltelemente für die Reglerabschaltung vorgesehen werden müssen.
• Bei einer besonders bevorzugten Lösung wird das Stellventil über einen Proportionalmagneten verstellt, wobei ein Stößel in einen Magnetraum eintaucht, in den auch der stößelseitige Endabschnitt des Steuerkolbens hineinragt, wobei letzterer über eine Feder in eine Anlageposition gegen den Stößel vorgespannt ist. Über die zusätzliche Steuerkante wird eine Steuerölverbindung zum Magnetraum aufgesteuert, der seinerseits in Druckmittelverbindung mit dem Stellraum steht, so dass stirnseitig auf den Stellkolben im Wesentlichen der gleiche Steuerdruck herrscht. Diese Druckmittelverbindung zwischen dem Magnetraum und dem Stellraum ist üblicher Weise bereits vorgesehen, so dass im Prinzip zur Reglerabschaltung lediglich die zusätzliche Steuerkante an dem Steuerkolben vorgesehen sein muss. Um Steuerölverluste zu minimieren, wird beim Aufsteuern des Magnetraums zeitgleich oder etwas zeitversetzt die Verbindung vom Hochdruck in den Stellraum unterbrochen.
• Bei einer bevorzugten Variante der Erfindung ist das Stellventil mit einem Rückschlagventil ausgeführt, über das zum Priorisieren des Einschwenkens der Schrägscheibe der Stellraum unter Umgehung des Steuerquerschnittes mit Hochdruck oder einem Stelldruck beaufschlagbar ist, so dass die Pumpe schnell auf minimales Schluckvolumen zurückverstellbar ist. Dieses Rückschlagventil wird insbesondere bei Varianten mit überlagerter Druck- und/oder Förderstromregelung verwendet.
• Durch das proportional verstellbare Stellventil und ist eine bedarfsgerechte Schwenkwinkel/Schluckvolumenverstellung über eine Ansteuerelektronik des Stellventils realisierbar. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der prinzipielle Aufbau einer derartigen Stelleinrichtung sowohl bei Hydromaschinen als auch bei Hydropumpen anwendbar ist.
• Bei einer besonders kompakt aufgebauten Lösung ist das proportional verstellbare Rückschlagventil koaxial zum proportional verstellbaren Stellventil ausgeführt.
• Die Messfeder kann einerseits an einem Stellkolben des Stellzylinders und andererseits an einem Ventilkörper des Rückschlagventils abgestützt sein, der gegen den Steuerkolben vorgespannt ist und mit diesem das Rückschlagventil bildet. Dabei ist im Steuerkolben ein Steuerkanal ausgebildet, in dem beim schnellen Einschwenken der Schrägscheibe Hochdruck oder ein Steuerdruck wirksam ist.
• Dem entsprechend hat dieser Ventilkörper eine Doppelfunktion: Zum Einen dient er zur Abstützung der Messfeder am Steuerkolben, zum Anderen wirkt er als Ventilkörper des Rückschlagventils, wobei der Steuerkolben als Ventilsitz ausgeführt und der Arbeitspunkt des Rückschlagventils nicht von der Ansteuerung des Stellventils abhängt.
• Der Aufbau der Stelleinrichtung ist besonders kompakt, wenn der Stellkolben tassenförmig ausgebildet ist, wobei Messfeder und ein Teil des Ventilkörpers im Stellkolben aufgenommen beziehungsweise geführt sind.
• Das Stellventil kann mit einem Verbindungskanal ausgeführt sein, über den der Magnetraum mit der Stellkammer verbunden ist, so dass in der Stellkammer und im Magnetraum im Wesentlichen der gleiche Druck ansteht.
• Die Messfeder des Hydromotors ist vorzugsweise mit einer Federrate ausgebildet, die deutlich höher ist als die Messfeder bei einer vergleichbaren Hydropumpe. Vorzugsweise ist die Federrate um mehr als 20 % größer als bei einer Hydropumpe ausgelegt.
• Dem entsprechend wird auch der Proportionalmagnet der Stelleinrichtung etwas stärker ausgelegt, so dass der Steuerkolben stärker eingespannt ist als bei der Auslegung der Hydromaschine als Hydropumpe.
• Die Schrägscheibe wird bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel über eine Rückstellfeder in Richtung des maximalen Schluckvolumens beaufschlagt. Eine Verstellung durch einen Gegenkolben oder zusätzlich durch einen Gegenkolben ist ebenfalls denkbar.
• Die Schwenkzeiten lassen sich weiter verringern, wenn dem Arbeitsanschluss des Stellventils zwei sich kreuzende Radialkanäle im Stellventilgehäuse zugeordnet sind, die dann über zumindest einen weiteren Kanal mit der Stellkammer in Steuerölverbindung stehen.
• Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigen
• 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Hydromotors mit elektroproportional wirkender Stelleinrichtung,
• 2a, 2b Schnittdarstellungen eines ersten Ausführungsbeispiels einer Stelleinrichtung des Hydromotors aus 1 mit Reglerabschaltung,
• 3a bis 3c das Stellventil aus 2 in der Position für die Reglerabschaltung in unterschiedlichen Schnittdarstellungen und ein Schaltsymbol der Stelleinrichtung,
• 4a eine Teildarstellung einer Stelleinrichtung zur Verdeutlichung eines Verkippens des Ventilkörpers des Rückschlagventils,
• 4b ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein derartiges Kippen konstruktiv verhindert ist und
• 5 ein Stellventil ohne Reglerabschaltung und das entsprechende Schaltsymbol.
• Die erfindungsgemäße Hydromaschine wird im Folgenden anhand des Beispiels eines Hydromotors erläutert. Prinzipiell sind die beschriebenen Konstruktionsmerkmale auch bei einer Hydropumpe realisierbar, wobei vorzugsweise die folgenden erläuterten Anpassungen erfolgen.
• 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Hydromotor 1 in Axialkolbenbauweise. Dieser hat ein Gehäuse 2 und einen Gehäusedeckel 4, in denen über eine Wellenlagerung 6 eine Motorwelle 8 gelagert ist, über die beispielsweise ein Lüfterrad antreibbar ist. Die Motorwelle 8 ist drehfest mit einer Zylindertrommel 10 verbunden, in der eine Vielzahl von Kolben 12 verschiebbar geführt ist. Diese begrenzen gemeinsam mit der Zylindertrommel jeweils einen Arbeitsraum 14, der über eine mit dem Gehäuse 2 verbundene Steuerscheibe 16 je nach Drehposition der Zylindertrommel 10 mit Hochdruck oder Niederdruck verbindbar ist. Die vom jeweiligen Arbeitsraum 14 entfernten fußseitigen Endabschnitte der Kolben 12 sind kugelgelenkartig mit jeweils einem Gleitschuh 18 verbunden. Diese Gleitschuhe 18 liegen an einer Gleitfläche einer Schrägscheibe 20 an, die schwenkbar im Gehäuse 2 gelagert ist, so dass die Kolben 12 je nach Schwenkwinkel der Schrägscheibe 20 bei der Rotation der Zylindertrommel 10 einen Kolbenhub durchführen. Die Schrägscheibe 20 ist über eine Rückstellfeder 22 in Richtung ihres dargestellten maximalen Schwenkwinkels beaufschlagt. Diese Rückstellfeder 22 ist einerseits an einer Stirnwandung des Gehäuses 2 abgestützt und greift andererseits im Radialabstand zur Wellenachse an der Schrägscheibe 20 an. Die Verstellung der Schrägscheibe 20 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 erfolgt mittels einer Stelleinrichtung 24, die im Prinzip aus einem Stellzylinder 26 und einem Stellventil 28 besteht. Der minimale Schwenkwinkel der Schrägscheibe 20 wird über einen im Gehäuse verstellbar angeordneten Anschlag 30 begrenzt. Dem entsprechend ist der Hydromotor 1 in der dargestellten Position der Schrägscheibe 20 mit maximalem Schwenkwinkel auf das maximale Schluckvolumen eingestellt, während bei eingeschwenkter Schrägscheibe 20 (Anlage am Anschlag 30) das minimale Schluckvolumen eingestellt ist.
• In die Stelleinrichtung 24 ist ein Rückschlagventil 31 integriert, über das der Einschwenkvorgang zum schnellen Verstellen des Hydromotors 1 in Richtung minimales Schluckvolumen priorisiert ist. Das Stellventil 28 ist mittels eines Proportionalmagneten 32 proportional verstellbar, so dass entsprechend der Schwenkwinkel und somit auch das Schluckvolumen des Hydromotors 1 proportional zur Bestromung des Proportionalmagneten 32 verstellbar ist.
• Einzelheiten der Stelleinrichtung 24 werden anhand der 2 bis 4 erläutert. 2a zeigt einen vergrößerten Längsschnitt der Stelleinrichtung 28, wobei in der Ansicht gemäß 2a die Stelleinrichtung 28 um 180° mit Bezug zur Radialachse gedreht ist, so dass entsprechend der Proportionalmagnet 32 links angeordnet ist.
• Wie erläutert, besteht die Stelleinrichtung 28 im Prinzip aus dem Stellzylinder 26, dem elektro-proportional verstellbaren Stellventil 28 sowie dem Rückschlagventil 31. Die gesamte Stelleinrichtung 24 ist patronenförmig zum Einbau in eine Aufnahme 34 (1) des Gehäuses 2 ausgelegt. Der Stellzylinder 26 hat einen tassenförmigen Stellkolben 36, der axial verschiebbar in der Aufnahme 34 des Gehäuses 2 geführt ist und über eine Art Kugelgelenk 38 (1) auf die Schrägscheibe 20 wirkt. Der Stellkolben 36 begrenzt gemeinsam mit der Aufnahme 34 und einem Stellventilgehäuse 40 einen Stellraum 42, der, wie im Folgenden näher erläutert wird, über das eigentliche Stellventil 28 mit Hochdruck oder Niederdruck verbindbar ist, um durch Verschiebung des Stellkolbens 36 die Schrägscheibe 20 zu verstellen.
• Das Stellventil 28 hat entsprechend einen Niederdruckanschluss T, einen Arbeitsanschluss A und einen Hochdruckanschluss P. Letzterer ist mit der Hochdruckseite des Hydromotors verbunden, während der Niederdruckanschluss T mit dem Tank in Druckmittelverbindung steht oder über ein Druckregelventil in Druckmittelverbindung bringbar ist. Der Arbeitsanschluss A oder dessen diagonaler P-Kanal ist über zwei im Folgenden noch näher erläuterte Kanäle 44, 45 mit dem Stellraum 42 verbunden, wobei in der Darstellung gemäß 2a lediglich ein Kanal 44 gestrichelt angedeutet ist. Dem entsprechend liegt der am Arbeitsanschluss A eingestellte Druck auch im Stellraum 42 an.
• Das Stellventilgehäuse 40 hat eine Ventilbohrung 46, in der ein Steuerkolben 48 in Axialrichtung verstellbar geführt ist. Dieser Steuerkolben 48 hat zwei Steuernuten 50, 52, zwischen denen ein Steuerbund stehen bleibt, der zwei Steuerkanten 54, 56 ausbildet. Die zweite Ringstirnfläche der in 2a linken Steuernut 50 bildet eine weitere Steuerkante 58 aus, über die eine Reglerabschaltung erfolgt. Die rechte Steuernut 52 bildet eine weitere Steuerkante 78 aus. Hierauf wird in der Folge noch näher eingegangen.
• Der in 2a rechte Endabschnitt des Steuerkolbens 48 kragt in den Innenraum des Stellkolbens 36 und somit in den Stellraum 42 hinein. Dieser Endabschnitt ist mit einem Konus 60 versehen, an den dichtend ein Ventilkörper 62 anliegt. Diese Anlage wird über eine Messfeder 61 bewirkt, die einerseits am Boden des Stellkolbens 36 abgestützt ist und andererseits an einer Ringschulter des Ventilkörpers 62 angreift. In dieser Anlageposition taucht der Konus 60 in eine konifizierte Ausnehmung des Ventilkörpers 62 ein, die einen Ventilsitz 64 des Rückschlagventils 31 bildet. Der Steuerkolben 48 ist mit einer Bohrung 66 ausgebildet, die einerseits im Bereich des Ventilsitzes 64 und andererseits über einen Radialbohrungsabschnitt im Boden der in 2a linken Steuernut 50 mündet und somit einer Steuerölverbindung zum T-Anschluss oder dessen T-Kanal bildet.
• Gemäß 2a ist der Proportionalmagnet 32 stirnseitig an das Stellventilgehäuse 40 angesetzt, wobei ein Stößel 68 stirnseitig in Anlage an dem in 2a linken Endabschnitt des Steuerkolbens 48 steht, so dass entsprechend der Bestromung des Proportionalmagneten 32 der Steuerkolben 48 über den Stößel 68 verstellbar ist. Der Steuerkolben 48 ist über die Messfeder 61 und ab Regelbeginn durch eine stirnseitig an einer Gehäuseschulter abgestützte Feder 70 in seine Anlageposition gegen den Stößel 68 vorgespannt, wobei diese Feder 70 an einer Federanlage 72 des Steuerkolbens 48 angreift.
• In der in 2a dargestellten Relativposition befindet sich der Steuerkolben 48 in seiner Regelposition, die sich einstellt wenn Kräftegleichgewicht herrscht zwischen den vom Proportionalmagnet 82 aufgebrachten Stellkräften und der aus der Verstellung der Schrägscheibe 20 resultierenden Gegenkraft.
• Die drei Anschlüsse T, A, P sind jeweils über Radialkanäle des Stellventilgehäuses 40 ausgebildet, wobei der Arbeitsanschluss A durch zwei sich kreuzende Radialkanäle gebildet ist, von denen einer senkrecht zur Zeichenebene in 2a verläuft (siehe auch 3c). In der dargestellten Regelposition stehen die beiden mittigen Steuerkanten 54, 56 in null Überdeckung mit den Radialbohrungen des Arbeitsanschlusses A, so dass eine Steuerölverbindung zum Niederdruckanschluss T oder zum Hochdruckanschluss P abgesperrt ist. Prinzipiell kann jedoch auch eine positive oder negative Überdeckung in der Regelposition gewählt werden.
• In der dargestellten Regelposition wirkt der Druck am Arbeitsanschluss A über den Kanal 44 und den weiteren in 2a nicht dargestellten Kanal 45 (siehe 3c) auch im Stellraum 42. Durch die ventilinterne Verbindung über die Kanäle 44 und 45 des Arbeitsanschlusses A mit dem Stellraum 42 kann eine derartige Verbindung durch das Pumpengehäuse entfallen. Im Bereich des Ventilsitzes 64 wirkt in dieser Position der Niederdruck, der über die Innenbohrung 66 und die Steuernut 50 abgegriffen wird.
• Die Feder 70 ist als Druckfeder in einem Magnetraum 74 angeordnet, der über einen in 2b sichtbaren Verbindungskanal 76 mit dem Stellraum 42 verbunden ist, so dass in beiden Räumen 74, 42 der gleiche Steuerdruck anliegt. Diese 2b zeigt einen Schnitt durch die Stelleinrichtung 28, dessen Schnittebene gegenüber derjenigen in 2a um 45° versetzt ist, das heißt schräg zur Zeichenebene in 2a verläuft.
• In der Darstellung gemäß den 3a bis 3c öffnet die Steuerkante 58 der Steuernut 50 bei unbestromtem Proportionalmagnet 32 die Steuerölverbindung zwischen dem Niederdruckanschluss und dem Magnetraum 74, so dass in diesem der Niederdruck anliegt. Dieser wird über den Verbindungskanal 76 auch in den Stellraum 42 gemeldet – das Stellventil befindet sich im Modus „Reglerabschaltung“. Dabei ist die Steuerölverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Hochdruckanschluss P gesperrt. Zur Verdeutlichung ist in den 3a bis 3c die Stelleinrichtung 24 in dieser Position „Reglerabschaltung“ in drei unterschiedlichen Schnitten dargestellt. 3a zeigt dabei einen der 2a entsprechenden Schnitt. Die Darstellung gemäß 3b entspricht derjenigen gemäß 2b, d.h., die Schnittebene verläuft um etwa 45° versetzt zu derjenigen in 3a. 3c zeigt schließlich einen Schnittverlauf, der um 90° gegenüber demjenigen in den 3a, 2a versetzt ist, d. h., diese Schnittebene verläuft senkrecht zur Zeichenebene in den letztgenannten Darstellungen.
• Der Darstellung in 3a entnimmt man, dass in der Position „Reglerabschaltung“ die Steuerkante 58 des Steuerkolbens 48 die Steuerölverbindung zwischen dem Magnetraum 74 und dem mit dem Niederdruckanschluss T verbundenen Niederdruckkanal aufgesteuert hat. Die Steuerölverbindung zwischen den Anschlüssen A, P ist über die außen liegende Steuerkante 78 der Steuernut 52 gesperrt. Im Schnitt gemäß 3b sieht man den Verbindungskanal 76, über den – wie bereits erläutert – der Magnetraum 74 mit dem Stellraum 42 verbunden ist.
• Im Schnitt gemäß 3c sieht man die beiden eingangs genannten Kanäle 44, 45, über die der Stellraum 42 mit dem Arbeitsanschluss A, genauer gesagt mit den beiden sich kreuzenden radialen A-Kanälen verbunden ist. Dem entsprechend liegt auch am Arbeitsanschluss A in der Position „Reglerabschaltung“ der Niederdruck an.
• In der Reglerabschaltung schwenkt die Pumpe beispielsweise bei einem Steuersignalverlust auf den maximalen Schwenkwinkel aus.
• Beispielsweise in dem Fall, in dem der vorbeschrieben EK-Regelung, die eine EP-Regelung mit einer Abschaltposition des Stellventils ist, eine Druckregelung überlagert ist, erfolgt die Verschaltung derart, dass der hier nicht gezeigte Druckregler Priorität gegenüber der elektroproportionalen Verstellung hat. Bei Ansprechen des Druckreglers kann dann der Tankanschluss T über den Druckregler mit Hochdruck oder Lastdruck verbunden werden, so dass entsprechend auch im Wesentlichen unabhängig von der Position des Steuerkolbens 48 im Stellraum 42 ein Druck aufgebaut werden kann und die Pumpe zurückschwenkt. In diesem Fall wird ist beschriebene Rückschlagventil 31 wirksam. Wie erläutert, wird über die Innenbohrung 66 des Steuerkolbens 48 der Druck im Tankkanal abgegriffen und wirkt somit in Öffnungsrichtung auf den Ventilkörper 62. Im Stellraum 42 liegt bei Aktivierung der Druckregelung noch ein vergleichsweise geringer Stelldruck (Schrägscheibe 20 verschwenkt) an, so dass der Ventilkörper 62 aufgrund der Druckdifferenz abhebt und Steueröl vom Tankkanal über die Innenbohrung 66 und das geöffnete Rückschlagventil 31 in den Stellraum 42 strömt, so dass in diesem der Stelldruck erhöht wird und entsprechend die Schrägscheibe 20 einschwenkt und somit diese Einschwenkbewegung priorisiert ist. Bei sogenannten DRS-Ventilen kann dieser Hochdruck einem vergleichsweise hohen Steuerdruck, einem Lastdruck oder dergleichen entsprechen.
• Bei geöffnetem Rückschlagventil 31 wird somit der Stellraum unter Umgehung der von den Steuerkanten 52, 56 aufgesteuerten Querschnitte mit einem Steuerdruck beaufschlagt.
• Zur Verdeutlichung ist das Schaltsymbol der zuvor beschriebenen Stelleinrichtung 24 mit Reglerabschaltung in 3 unten eingezeichnet. Gemäß den vorstehenden Erläuterungen ist die Stelleinrichtung über die Rückstellfeder 22 und die Messfeder 61 in die dargestellte Grundposition vorgespannt, die der Position „Reglerabschaltung“ entspricht. Durch Bestromen des Proportionalmagneten 32 kann dann in den Positionen A mit Hochdruck und bei weiterer Verschiebung in die Positionen b mit Niederdruck verbunden werden, so dass Steueröl zu- beziehungsweise abgeführt wird, um den Schwenkwinkel einzustellen. Bei Kräftegleichgewicht stellt sich die in 2a dargestellte Regelposition ein. Gemäß dem Schaltbild nach 3 scheint sich die Feder 70 im Stellraum 42 zu befinden. Sie ist jedoch außerhalb des Stellraums wie aus den 3a bis 3c ersichtlich angeordnet.
• Über die überlagerte Druckregelung kann am Tankanschluss T ein Druck wirksam werden, der dann über die Innenbohrung 68 auf das Rückschlagventil 31 wirkt, so dass der Ventilkörper 62 abhebt und Steueröl direkt, bei Umgehung der Steuerquerschnitte des Stellventils 28 in den Stellraum 42 einschwenken kann.
• 4a zeigt ein Problem, das bei derartigen Stelleinrichtung 24 mit Rückschlagventil 31 auftreten kann. Stark vereinfacht dargestellt ist hier ein Teil der Stelleinrichtung 24 mit dem Steuerkolben 48, dem Ventilkörper 62 und dem Stellkolben 36, der über das Kugelgelenk 38 mit der Schrägscheibe 20 in Wirkverbindung steht. Wie erläutert, dient der Ventilkörper 62 des Rückschlagventils 31 auch als Federteller für die Messfeder 61. Wie in 4a dargestellt, kann es bei ungünstigen Betriebsbedingungen (Schwenkwinkel, Position des Steuerkolbens etc.) dazu kommen, dass der Ventilkörper 62 (mit anderen Worten gesagt, der Federteller der Messfeder 61) kippt. Dieses Kippen kann zu einer Beschädigung von Elementen der Stelleinrichtung 24, insbesondere des Stellkolbens 36, des Ventilkörpers 62 und/oder des Steuerkolbens 48 führen. Derartige kurze Federteller werden beispielsweise bei Axialkolbenpumpen eingesetzt, wie sie in der Druckschrift DE 199 49 169 beschrieben sind.
• Gegenüber dieser bekannten Konstruktion wird der Ventilkörper 62 (siehe 4b) in deutlich größer Axiallänge ausgeführt, wobei auch das Kolbenhemd des Stellkolbens 36 verlängert wird, um ein derartiges Kippen bei allen Schaltpositionen zuverlässig zu verhindern. Dazu trägt ebenfalls bei, dass der Außendurchmesser des Ventilkörpers 62 und der Innendurchmesser des Stellkolbens 36 im Hinblick auf eine optimale Führung und Kippsicherheit angepasst sind.
• 5 zeigt eine Variante des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels ohne Reglerabschaltung. Der Grundaufbau entspricht dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, wobei im Prinzip lediglich die Steuerkante 58 nicht die Funktion hat eine Steuerölverbindung zwischen dem Tankkanal und dem Magnetraum 74 aufzusteuern. Demgemäß ist die Steuernut 50 kürzer als beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt Dargestellt ist die Stelleinrichtung 24 wiederum in der Regelposition des Stellkolbens 36, in der die Steuerkanten 54, 56 die Steuerölverbindung des A-Kanals zum T-Kanal bzw. zum P-Kanal steuern. Das Schaltbild ist wiederum in 5 unten eingezeichnet. Gemäß diesem Schaltbild scheint sich die Feder 70 wiederum im Stellraum 42 zu befinden. Sie ist jedoch außerhalb des Stellraums wie aus den 3a bis 3c ersichtlich angeordnet. Bei unbestromtem Proportionalmagnet 32 befindet sich das Stellventil 28 in seiner dargestellten Grundposition, in der die Steuerölverbindung zwischen dem Arbeitsanschluss A und dem Hochdruckanschluss P aufgesteuert ist, so dass im Stellraum 42 der Hochdruck wirksam ist – die Schrägscheibe 20 schwenkt ein. Bei Bestromen des Proportionalmagneten 32 wird der Stellraum 42 mit dem Niederdruckanschluss T verbunden, so dass entsprechend die Pumpe ausschwenkt.
• Die vorbeschriebenen Konstruktionen lassen sich im Prinzip sowohl bei Hydromotoren als auch bei Hydropumpen einsetzen, wobei lediglich geringfügige Anpassungen erforderlich sind. So wird der Arbeitspunkt bei den erfindungsgemäßen Hydromotoren so gewählt, dass ein größerer Öffnungsquerschnitt zum Ausschwenken der Schrägscheibe 20 des Hydromotors 1 bereitgestellt wird. Durch diese Verschiebung des Arbeitspunktes ist es möglich, einen Magneten mit einem kürzeren Hub und damit einhergehend einer größeren Kraft zu verwenden, ohne die Schwenkzeit zur verschlechtern. Zum Ausgleich dieser Arbeitspunktverschiebung kann dann die Steifigkeit der Rückstellfeder 22 entsprechend erhöht werden. Die beschriebene Reglerabschaltung ist sowohl bei Pumpen als auch bei Motoren wirksam. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass der Verbindungskanal 76 zur Verbindung des Magnetraums 74 und des Stellraums 42 sowie die beiden Kanäle 44, 45 in das Stellventilgehäuse 40 hinein verlegt sind.
• Ein weiterer Unterschied beim Einsatz der erfindungsgemäßen Konstruktion bei einer Hydropumpe zur Verwendung bei einem Hydromotor besteht darin, dass die Messfeder 61 bei einer Hydropumpe mit einer etwas geringeren Federrate ausgeführt ist. Ist beispielsweise bei einem Hydromotor eine Federkraft von etwa 40N erforderlich, so würde man die Messfeder 61 bei der Anwendung als Hydropumpe auf etwa 30N einstellen. Eine entsprechende Anpassung sollte dann auch beim Proportionalmagneten erfolgen. Prinzipiell erfolgt somit im Motorbetrieb eine stärkere Einspannung des Steuerkolbens 48 durch den etwas stärkeren Proportionalmagneten 32 und die stärkere Messfeder 61. Diese Änderung ist prinzipiell auch bei einer Hydropumpe mit Vorteil einsetzbar.
• Im Prinzip kann das Stellventil als Anbauventil zum externen Anbau oder aber, wie in der zuvor beschriebenen Weise als Cartridge-Ventil ausgeführt sein.
• Selbstverständlich ist es möglich, mittels einer übergeordneten Steuerung auch das Drehmoment oder den Druck des Motors über die oben beschriebene Regelung des Schwenkwinkels der Schrägscheibe elektronisch zu regeln, sofern diese Größen systemseitig erfasst und ausgewertet werden.
• Offenbart ist ein Hydromotor in Axialkolbenbauweise, bei dem ein Schwenkwinkel einer Schrägscheibe elektro-proportional verstellbar ist.
• Bezugszeichenliste

1

Hydromotor

2

Gehäuse

4

Deckel

6

Wellenlagerung

8

Motorwelle

10

Zylindertrommel

12

Kolben

14

Arbeitsraum

16

Steuerscheibe

18

Gleitschuh

20

Schrägscheibe

22

Rückstellfeder

24

Stelleinrichtung

26

Stellzylinder

28

Stellventil

30

Anschlag

31

Rückschlagventil

32

Proportionalmagnet

34

Aufnahme

36

Stellkolben

38

Kugelgelenk

40

Stellventilgehäuse

42

Stellraum

44

Kanal

45

Kanal

46

Ventilbohrung

48

Steuerkolben

50

Steuernut

52

Steuernut

54

Steuerkante

56

Steuerkante

58

Steuerkante

60

Konus

61

Messfeder

62

Ventilkörper

64

Ventilsitz

66

Innenbohrung

68

Stößel

70

Feder

72

Federanlage

74

Magentraum

76

Verbindungskanal

78

Steuerkante

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102011012905 A1 [0003]
• DE 19949169 C2 [0004]
• DE 19949169 [0053]

Claims (10)

1. Hydromaschine in Axialkolbenbauweise, mit einer Zylindertrommel (10), in der Kolben (12) geführt sind, die jeweils einen Arbeitsraum (14) begrenzen und die an einer Schrägscheibe (20) abgestützt sind, deren Schwenkwinkel zur Verstellung des Förder-/Schluckvolumens mittels eines Stellzylinders (26) einer Stelleinrichtung (24) verstellbar ist, der einen Stellraum (42) hat, der über einen proportional verstellbaren Steuerkolben (48) eines Stellventil (28) der Stelleinrichtung (24) mit Hochdruck oder Niederdruck verbindbar ist, und mit einer Messfeder (61) zum kräftemäßigen Rückführen des Schwenkwinkels auf den Steuerkolben (48), wobei der Steuerkolben (48) eine Steuerkante (58) hat, über die zur Reglerabschaltung eine Steuerölverbindung zwischen dem Stellraum (42) und Niederdruck aufsteuerbar ist.
2. Hydromaschine nach Patentanspruch 1, wobei das Stellventil (28) mittels eines Proportionalmagneten (32) verstellbar ist, wobei ein Stößel (68) in einen Magnetraum (74) eintaucht, in den auch ein stößelseitiger Endabschnitt des Steuerkolbens (48) hineinragt, der über die Messfeder (61) in eine Anlageposition an den Stößel (68) vorgespannt ist, wobei der Magnetraum (74) in Druckmittelverbindung mit dem Stellraum (42) steht und die Steuerkante (58) eine Steuerölverbindung zum Magnetraum (74) steuert.
3. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Rückschlagventil (31), über das zum Priorisieren des Einschwenkens der Schrägscheibe (20) der Stellraum (42) unter Umgehung des Steuerquerschnittes mit Hochdruck verbindbar ist.
4. Hydromaschine nach Patentanspruch 3, wobei das Rückschlagventil (31) koaxial zum Stellventil (28) angeordnet ist.
5. Hydromaschine nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei die Messfeder (61) einerseits am Stellkolben (36) und andererseits an einem Ventilkörper (62) des Rückschlagventils (31) abgestützt ist, der gegen den Steuerkolben (48) vorgespannt ist und mit diesem das Rückschlagventil (31) bildet, wobei im Steuerkolben (48) ein Steuerkanal ausgebildet ist, in dem beim Ansprechen des Rückschlagventils (31) Hochdruck wirksam ist.
6. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Stellkolben (36) tassenförmig ausgebildet ist und die Messfeder (61) im Stellkolben (36) aufgenommen ist und der Ventilkörper (62) im Stellkolben (36) geführt ist.
7. Hydromaschine nach Patentanspruch 6, wobei die Axiallänge des Ventilkörpers (62) und die Führung im Stellkolben (36) im Hinblick auf die Kippstabilität optimiert ist.
8. Hydromaschine nach Patentanspruch 5, mit einem Verbindungskanal (76), über den der Magnetraum (74) mit dem Stellraum (42) verbunden ist.
9. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Stellventil (28) einen Niederdruckanschluss (T), einen Arbeitsanschluss (A) und einen Druckanschluss (P) hat, wobei dem Arbeitsanschluss (A) zwei sich kreuzende Radialkanäle im Steuerventilgehäuse (40) zugeordnet sind, die über zumindest einen weiteren Kanal mit dem Stellraum (42) in Steuerölverbindung stehen.
10. Hydromaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei diese als Hydromotor ausgelegt ist, wobei vorzugsweise ein Arbeitspunkt gegenüber demjenigen einer Hydropumpe im Sinne einer Vergrößerung des Öffnungsquerschnittes verschoben ist, so dass ein Proportionalmagnet (32) mit kürzerem Hub verwendbar ist.

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