DE102014206755A1

DE102014206755A1 - Verstelleinrichtung einer Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102014206755A1
Application number: DE102014206755.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Abenstein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104847614B; CN104847614A

Abstract

Offenbart ist ein Leistungsregler mit einem Stellzylinder und einem Steuerzylinder. Ein Stellkolben des Stellzylinders ist hierbei etwa koaxial zum Steuerkolben des Steuerzylinders angeordnet. Über den Stellkolben ist eine Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine verschwenkbar. Hierfür kann der Stellkolben einerseits vom Druckmittel einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und andererseits von einem Stelldruckmittel einer Stelldruckkammer beaufschlagt sein. Über eine Messfederanordnung ist der Stellkolben mit dem Steuerkolben gekoppelt. Der Steuerkolben steuert hierbei eine Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer und eine Druckmittelverbindung zwischen einer Saugseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer. Zur Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens mit Druckmittel der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine hat dieser eine Messfläche. Diese ist räumlich getrennt von Steuerkanten des Steuerkolbens zur Steuerung der Druckmittelverbindung von und zur Stelldruckkammer.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Verstelleinrichtung, insbesondere von einem Leistungsregler, zur Verstellung eines Fördervolumens einer Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der DE 100 01 826 C1 ist eine derartige Verstelleinrichtung offenbart. Diese hat einen Stellkolben zum Verschwenken einer Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine. Zum Verschwenken der Schwenkwiege in Richtung einer Verkleinerung eines Fördervolumens der Axialkolbenmaschine ist der Stellkolben über eine Stelldruckkammer mit einem Stelldruckmittel beaufschlagbar. Eine Stelldruckmittelzufuhr und -abfuhr zu der beziehungsweise von der Stelldruckkammer ist über ein Steuerventil mit einem Steuerkolben steuerbar. Über diesen ist eine Druckmittelverbindung zwischen einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer und zwischen einer Saugseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer steuerbar. Hierfür weist der Steuerkolben zwei Steuerkanten auf. Eine Steuerkante bildet hier zugleich eine Messfläche, über die der Steuerkolben mit Druckmittel der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine beaufschlagbar ist. Die Beaufschlagung erfolgt hierbei in eine Richtung, in der der Steuerkolben eine Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer aufsteuert und entsprechend einer Druckmittelverbindung zwischen der Stelldruckkammer und der Saugseite zusteuert. In entgegen gesetzter Richtung ist der Steuerkolben mit einer Federkraft einer Messfeder beaufschlagt, die sich am Stellkolben abstützt.
Nachteilig bei dieser Lösung sind der vergleichsweise hohe vorrichtungstechnische Aufwand der Verstelleinrichtung, der vergleichsweise hohe Bauraumbedarf und eine Schwingungsanfällligkeit des Steuerkolbens.
Die Druckschrift DE 10 2006 055 931 offenbart eine Verstelleinrichtung in Form eines Leistungsreglers für zwei Axialkolbenmaschinen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Verstelleinrichtung zur Verstellung eines Fördervolumen einer Axialkolbenmaschine zu schaffen, die vorrichtungstechnisch einfach ausgestaltet ist, eine geringen Bauraumbedarf aufweist und eine geringe Schwingungsanfälligkeit hat.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Verstelleinrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Verstelleinrichtung in Form eines Leistungsreglers zur Verstellung eines Hubvolumens einer Axialkolbenmaschine vorgesehen. Die Verstelleinrichtung hat einen Stellzylinder mit einem Stellkolben. Dieser dient zum verschwenken einer Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine. Hierzu ist der Stellkolben insbesondere in der Richtung einer Verkleinerung des Hubvolumens mit Stelldruckmittel über eine Stelldruckkammer beaufschlagbar. Zur Steuerung der Stelldruckmittelzufuhr beziehungsweise Stelldruckmittelabfuhr ist ein Steuerventil mit einem Steuerkolben vorgesehen. Mit diesem kann in Richtung von ersten Schaltstellungen eine Druckmittelverbindung zwischen einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer und entgegen gesetzt in Richtung von zweiten Schaltstellungen einer Druckmittelverbindung zwischen einer Saugseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer aufgesteuert werden. Der Steuerkolben hat eine Messfläche über die er in Richtung der ersten Schaltstellungen mit Druckmittel der Hochdruckseite beaufschlagbar ist. In Richtung der zweiten Schaltstellungen ist der Steuerkolben mit einer Federkraft einer Messfeder beaufschlagt, die sich am Stellkolben abstützt. Bei einer Verkleinerung eines Abstands des Steuerkolbens und Stellkolbens entlang ihres Wirkungspfades erhöht sich die Federkraft und bei einer Vergrößerung des Abstands wird die Federkraft entsprechend vermindert. Sind die Kolben beispielsweise axial zueinander angeordnet, so ist der Wirkungspfad eine Längsachse der Kolben. Vorzugsweise hat der Steuerkolben zusätzlich (axial) beabstandet zur Messfläche eine weitere Steuerkante zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer. Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine Zuführung von Druckmittel zur Messfläche von der Zuführung von Druckmittel zur Steuerkante getrennt werden kann, da im Unterschied zum Eingangs erläuterten Stand der Technik die Messfläche keinen Teil der Steuerkante bildet. Eine Beaufschlagung der Messfläche mit Druckmittel und eine Steuerung der Druckmittelverbindung über die Steuerkante sind somit als Funktionen am Steuerkolben voneinander getrennt. Es hat sich gezeigt, dass hierdurch eine Schwingungsanregung des Steuerkolbens reduziert wird. Durch die Trennung der genannten Funktionen kann des Weiteren ein vorrichtungstechnischer Aufwand der Verstelleinrichtung reduziert werden, da eine höhere Flexibilität hinsichtlich einer Ausgestaltung der Verstelleinrichtung ermöglicht ist. Die Verstelleinrichtung kann hierdurch einfacher und kompakter ausgestaltet sein.
Wenn im folgenden von der Saugseite oder einem Sauganschluss der Kolbenmaschine die Rede ist, so soll davon auch ein Leckageanschluss umfasst sein, sofern der Sauganschluss mit einem Ladedruck oder einem Speisedruck vorgeladen ist und der Leistungsregler einen Druck auf Tankniveau zur Verfügung haben soll.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Messfläche mit einer ersten Hochdruckführung verbunden. Die Steuerkante kann des Weiteren, insbesondere in den ersten Schaltstellungen, mit einer zweiten Hochdruckführung verbindbar sein, die fluidisch parallel zur ersten Hochdruckführung angeordnet ist. Mit den Hochdruckführungen, beispielsweise über deren Länge, können Dämpfungseigenschaften der Verstelleinrichtung eingestellt werden. Eine Schwingungsanfälligkeit des Steuerkolbens kann hierdurch weiter reduziert werden.
Die Hochdruckführungen können stromaufwärts der Messfläche und der Steuerkante zusammen geführt sein.
Die Steuerkante und die Messfläche können in einem gleichen Bereich beziehungsweise benachbart zueinander am Steuerkolben vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar den Stellkolben in einer Anschlussplatte für die Axialkolbenmaschine anzuordnen. Der Steuerkolben kann dagegen in einem separaten Steuergehäuse vorgesehen sein, dass an die Anschlussplatte ankoppelbar ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann kostengünstig das Steuergehäuse in einer gleichen Größe für Axialkolbenmaschinen in unterschiedlicher Größe und somit für Axialkolbenmaschinen mit Anschlussplatten in unterschiedlicher Größe eingesetzt werden.
Ein Sauganschluss der Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise in der Anschlussplatte ausgebildet. Der Sauganschluss weist hierbei beispielsweise in eine Richtung, die sich etwa senkrecht zu einer von einer Längsachse des Stellkolbens und einer Längsachse einer Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine aufgespannten Ebene erstreckt. Der Sauganschluss ist somit nicht wie üblich hinten an der Anschlussplatte ausgebildet, sondern seitlich an dieser.
Die Hochdruckführungen können in dem Steuergehäuse einen gemeinsamen Anschluss aufweisen. Des Weiteren können die Hochdruckführungen im Steuergehäuse zwischen dem Steuerraum und dem Federraum ausgebildet sein.
Bevorzugterweise ist der Steuerkolben über eine zweite Messfläche mit einem Steuerdruckmittel zur Übersteuerung beaufschlagbar. Zum fluidischen Entkoppeln der in Längsrichtung gesehen hintereinander angeordneten Messflächen kann ein Bereich des Steuerkolbens zwischen den Messflächen mit der Saugseite der Axialkolbenmaschine verbunden sein. Dieser erfolgt beispielsweise dadurch, dass ein vom Steuerkolben und einer Kolbenbohrung, in der der Steuerkolben geführt ist, begrenzter Zwischenraum mit der Saugseite der Axialkolbenmaschine verbunden ist.
Die Verbindung des Zwischenraums mit der Saugseite kann vorrichtungstechnisch einfach über den Steuerkolben erfolgen.
Die Kolbenbohrung für den Steuerkolben kann einerseits in einem Federraum mit der Messfeder und andererseits in einem Steuerraum münden, über den die zweite Messfläche des Steuerkolbens mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagbar ist. Der Federraum kann, insbesondere über einen Kanal in der Anschlussplatte, mit der Saugseite der Axialkolbenmaschine verbunden sein. Zum Verbinden des Zwischenraums mit dem Federraum ist im Steuerkolben ein Entlastungskanal ausgebildet. Zum Beaufschlagen des Steuerkolbens mit einer Federkraft einer Einstellfeder in Richtung der zweiten Schaltstellungen kann diese in dem Steuerraum angeordnet sein.
Zum Beaufschlagen des Steuerkolbens mit der Federkraft der Einstellfeder hat diese vorzugsweise einen Radialbund, der einstückig mit dem Steuerkolben oder separat als Ring ausgebildet ist.
Mit Vorteil stützt sich die Einstellfeder an einem Federteller (Federbuchse) ab. Dieser kann über ein Einstellglied (Gewindestift) in Längsrichtung des Steuerkolbens verschiebbar sein, um einen Regelbeginn des Leistungsreglers einzustellen.
Der Steuerkolben ist vorzugsweise von dem Federteller umfasst, wobei diese radial voneinander beabstandet sind, um eine Druckmittelströmung zwischen dem Federteller und dem Steuerkolben zu ermöglichen.
Zum Verstellen des Federtellers hat dieser einer Schrägfläche. Diese kann weg vom Stellkolben und weg vom Radialbund weisen. An die Schrägfläche kann dann das Einstellglied angreifen, das gehäuseseitig gelagert ist. Das Einstellglied wirkt beispielsweise derart mit der Schrägfläche zusammen, dass ein Verschiebung des Einstellglieds hin zum Federteller zu einer Verschiebung des Federtellers weg von der Kolbenbohrung führt und umgekehrt eine Verschiebung des Einstellgliedes weg vom Federteller zu der Verschiebung des Federtellers hin zur Kolbenbohrung führt.
Das Einstellglied erstreckt sich vorzugsweise radial zum Steuerkolben.
Damit Steuerdruckmittel in den Steuerraum strömen kann ist der Steuerraum mit einem Steuerdruckanschluss verbunden, der am Steuergehäuse ausgebildet ist. Der Steuerdruckanschluss weist beispielsweise „nach vorne“ und ist somit auf Seiten der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine angeordnet.
Der Steuerdruckanschluss kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung insbesondere radial zum Steuerkolben in dem Steuerraum zwischen dem Federteller und einer Bodenfläche des Steuerraums münden. Zum Beaufschlagen des Steuerkolbens mit Steuerdruckmittel kann dieses zwischen den Federteller dem Steuerkolben strömen.
Vorrichtungstechnisch einfach kann der Steuerraum von einem Deckel verschlossen sein.
Zur Hubbegrenzung des Steuerkolbens kann dieser mit seinem Radialbund ab einem bestimmten Verschiebeweg in Richtung der ersten Schaltstellungen an einer Anschlagschulter anschlagen, die insbesondere im Steuergehäuse ausgebildet ist.
Zum Ausbilden der ersten Messfläche ist der Steuerkolben gestuft ausgestaltet. Er kann einen ersten Kolbenabschnitt und einen zweiten Kolbenabschnitt aufweisen, wobei der zweite Kolbenabschnitt einen größeren Durchmesser hat und die Messfläche somit am Stufenübergang zwischen den Kolbenabschnitten gebildet ist.
Die Kolbenbohrung kann ebenfalls gestuft mit einem ersten Bohrungsabschnitt und einem zweiten Bohrungsabschnitt ausgestaltet sein. Der erste Bohrungsabschnitt hat dann einen größeren Durchmesser als der erste Bohrungsabschnitt. Der Kolben ist mit seinem kleineren Kolbenabschnitt im kleineren Bohrungsabschnitt und mit seinem größeren Kolbenabschnitt im größeren Bohrungsabschnitt gleitend geführt. Im Übergangsbereich zwischen den Bohrungsabschnitten kann die Hochdruckführung für die erste Messfläche des Steuerkolbens münden.
Der Zwischenraum zum Trennen der Messflächen des Steuerkolbens kann zwischen dem ersten Bohrungsabschnitt und dem ersten Kolbenabschnitt vorgesehen sein.
Der Entlastungskanal des Steuerkolbens mündet vorzugsweise einerseits im ersten Kolbenabschnitt und andererseits im Federraum. Der Entlastungskanal kann des Weiteren durch eine Querbohrung, insbesondere eine Sternbohrung, im ersten Kolbenabschnitt und einer sich von der Sternbohrung aus erstreckenden Axialbohrung gebildet sein.
Bevorzugterweise hat der Steuerkolben im ersten Kolbenabschnitt eine Mehrzahl von Ringnuten. Die Querbohrung des Entlastungskanals kann beispielsweise in einer mittigen Ringnut münden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat der Steuerkolben in seinem zweiten Kolbenabschnitt eine erste und zweite Radialnut. Zwischen diesen ist dann ein Steuerbund gebildet. Der Steuerbund weist hierbei eine Steuerkante zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer und eine Steuerkante zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Saugseite und der Stelldruckkammer auf. Die erste Radialnut kann somit mit einer Saugführung und die zweite Radialnut mit der zweiten Hochdruckführung verbunden sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Radialnut vorrichtungstechnisch einfach über den Steuerkolben mit der Saugseite der Axialkolbenmaschine verbunden. Die erste Radialnut ist hierbei diejenige, die von der Steuerkante begrenzt ist, die zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Saugseite und der Stelldruckkammer vorgesehen ist.
Zum Verbinden der ersten Radialnut mit der Saugseite hat der Steuerkolben zumindest eine Abflachung, vorzugsweise zwei Abflachungen, die derart ausgestaltet ist, dass die erste Radialnut mit dem Federraum verbunden ist.
Der Steuerkolben kann mit seinem federraumseitigen Endabschnitt beispielsweise in den Federraum kragen und an einem Federteller anliegen. Über diesen ist er von der Messfeder mit der Federkraft beaufschlagbar.
In dem Federraum können eine erste und zweite Messfeder in Reihe angeordnet sein. Zwischen diesen ist ein axial verschiebbarer Federteller angeordnet. Die erste Messfeder kann sich dann zwischen dem Stellkolben und dem Federteller und die zweite Messfeder zwischen dem Federteller und dem Federteller des Steuerkolbens abstützen. Ab einem bestimmten axialen Abstand des Stellkolbens und des Steuerkolbens zueinander kann der Federteller an dem Stellkolben anliegen. Hierdurch ist nur noch eine Messfeder wirksam. Die erste Messfeder hat beispielsweise eine Federrate von etwa 2,6 N/mm und die zweite Messfeder eine Federrate von etwa 5,8 N/mm.
Der Stellkolben kann zusätzlich in einer Richtung weg vom Steuerkolben mit einer Federkraft einer Rückstellfeder beaufschlagt sein, die sich gehäuseseitig, insbesondere am Steuergehäuse, abstützt. Die Rückstellfeder kann die beiden Messfedern beispielsweise umgreifen.
Der Federraum ist vorzugsweise zwischen der Anschlussplatte und dem Steuergehäuse ausgebildet, womit er abschnittsweise von der Anschlussplatte und abschnittsweise vom Steuergehäuse begrenzt ist.
Der Stellkolben ist mit Vorteil in einer Stellkolbenbohrung gleitend geführt, die nach außen durch ein Einschraubelement verschlossen ist. Die Stellkolbenbohrung kann einen Radialinnenbund aufweisen. Über diesen ist ein radial zurückgestufter Kolbenabschnitt des Stellkolbens geführt. Der Radialinnenbund kann zusammen mit einem Kolbenbund des Stellkolbens eine Ringkammer begrenzen, die mit der Hochdruckseite verbunden ist. Auf der von der Ringkammer wegweisenden Seite des Kolbenbunds begrenzt dieser die Stelldruckkammer. Somit ist über den Kolbenbund des Stellkolbens die mit der Hochdruckseite verbundene Ringkammer von der zylindrischen Stelldruckkammer getrennt.
Auf der von der Ringkammer wegweisenden Seite des Radialinnenbunds kann der Stellkolben in der Stellkolbenbohrung mit einem nicht radial zurückgestuften zweiten Kolbenabschnitt geführt sein.
Die Stellkolbenbohrung ist vorzugsweise auf der von der Ringkammer wegweisenden Seite des Radialinnenbunds mit der Saugseite verbunden.
Zum Verschwenken der Schwenkwiege weist der zweite Kolbenabschnitt des Stellkolbens einen Zapfen auf, der an der Schwenkwiege angreift.
Fluidisch zwischen dem Steuerkolben und der Stelldruckkammer des Stellkolbens kann ein Load-Sensing-Regler (LS-Regler) in dem Steuergehäuse angeordnet sein.
Der LS-Regler ist beispielsweise seitlich – auf Seiten der Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine – des Steuerkolbens angeordnet, wobei sich ein LS-Kolben des LS-Reglers etwa senkrecht zur Längsachse des Steuerkolbens erstreckt.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung einer Axialkolbenmaschine ist in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 eine Seitenansicht einer Axialkolbenmaschine mit der erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung,
2 einen Längsschnitt durch die Verstelleinrichtung aus 1,
3 einen vergrößerten Teil der Verstelleinrichtung im Bereich eines Steuerkolbens in der Schnittebene der 2,
4 einen senkrecht auf der Schnittebene nach 2 Längsschnitt durch die Verstelleinrichtung,
5 einen vergrößerten Teil der Verstelleinrichtung im Bereich eines Steuerkolbens in der Schnittebene der 4,
6 einen vergrößerten Ausschnitt der Verstelleinrichtung aus 5,
7 in einer perspektivischen Darstellung den Steuerkolben und
8 einen Längsschnitt durch einen Load-Sensing-Regler der Verstelleinrichtung.
1 zeigt eine Axialkolbenmaschine 1 mit einer Verstelleinrichtung 2 in Form eines Leistungsreglers. Die Verstelleinrichtung 2 ist hierbei als Federregler ausgestaltet. Vorzugsweise ist die Axialkolbenmaschine 1 in der Mobilhydraulik, beispielsweise bei einem Minibagger, vorgesehen.
Die Verstelleinrichtung 2 hat eine Anschlussplatte 4, die mit einem Maschinengehäuse 6 der Axialkolbenmaschine 1 verbunden ist. In dem Maschinengehäuse ist ein Triebwerk der Axialkolbenmaschine 1 vorgesehen, das insbesondere eine Schwenkwiege und eine Zylindertrommel mit Zylinderbohrungen, in denen Kolben geführt sind, die sich an der Schwenkwiege abstützen, aufweist. An der Anschlussplatte 4 ist ein Steuergehäuse 8 vorgesehen.
Gemäß 2 ist ein Längsschnitt durch das Steuergehäuse 8 mit der Anschlussplatte 4 dargestellt und die Anschlussplatte 4 dient hierbei für den Einsatz in einer im Vergleich zur Axialkolbenmaschine 1 aus 1 kleineren Axialkolbenmaschine, weswegen diese entsprechend kleiner ausgestaltet ist. Dagegen weist das Steuergehäuse 8 eine gleiche Größe auf. Durch die unterschiedlichen Größen in 2 im Unterschied zur 1 ist in dem mit A markierten Bereich zwischen dem Steuergehäuse 8 und der Anschlusspatte 4 eine Stufe gebildet. Um Bauraum zu sparen, kann beispielsweise ein Teil des Steuergehäuses 8 weggefräst werden, um die Stufe zu vermeiden.
In der Anschlussplatte 4 gemäß 2 ist eine Stellkolbenbohrung 10 vorgesehen, in der ein Stellkolben 12 gleitend geführt ist. Radial kragt aus dem Stellkolben 12 ein Stellzapfen 14 aus, der mit der nicht dargestellten Schwenkwiege verbunden ist. Der Stellkolben 12 hat einen Kolbenbund 16, der einen Ringraum 18 von einem Zylinderraum 20 trennt, dem als Stelldruckkammer Stelldruckmittel zugeführt und aus dem Stelldruckmittel verdrängt werden kann. Wird dem Zylinderraum 20 Stelldruckmittel zugeführt, bewegt sich der Stellkolben 12 in Richtung einer Verkleinerung eines Hubvolumens der Axialkolbenmaschine 1. In dieser Richtung ist der Stellkolben 12 hin zu einem axial zu ihm angeordneten Steuerkolben 22 verschiebbar, der im Steuergehäuse 8 angeordnet ist. In entgegengesetzter Richtung ist der Stellkolben 12 über den Ringraum 18 mit Druckmittel einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine 1 beaufschlagbar. Die Kolbenbohrung 10 ist auf der vom Steuerkolben 22 wegweisenden Seite her mit einem Einschraubelement 24 verschlossen.
Anhand der 3 wird im Folgenden das Steuergehäuse 8 zusammen mit dem Steuerkolben 22 näher erläutert. Der Steuerkolben 22 ist in einer Kolbenbohrung 26 gleitend geführt. Die Kolbenbohrung 26 mündet in einen Federraum 28, der gemäß 2 von der Anschlussplatte 4 und dem Steuergehäuse 8 gemeinsam begrenzt ist. In diesen Federraum 28 mündet auch die Kolbenbohrung 10 des Stellkolbens 12. Der Federraum 28 ist zum mit Druckmittel gefüllten Gehäuseinneren des Maschinengehäuses 6 offen, in dem Niederdruck beziehungsweise Saugdruck oder Tankdruck herrscht. Gemäß 3 mündet die Kolbenbohrung 26 des Steuerkolbens 22 andererseits in einen Steuerraum 30 des Steuergehäuses 8. Über diesen ist der Steuerkolben 22 mit Steuerdruckmittel zur Übersteuerung beaufschlagbar. Die Kolbenbohrung 26 hat einen ersten Bohrungsabschnitt 32 und einen zweiten Bohrungsabschnitt 34. Der erste Bohrungsabschnitt 32 mündet im Steuerraum 30 und der zweite Bohrungsabschnitt 34 im Federraum 28. Der zweite Bohrungsabschnitt 34 hat hierbei einen größeren Durchmesser als der erste Bohrungsabschnitt 32. In dem ersten Bohrungsabschnitt 32 ist der Steuerkolben mit einem ersten Kolbenabschnitt 36 und in dem zweiten Bohrungsabschnitt 34 mit einem zweiten Kolbenabschnitt 38 gleitend geführt. Somit hat der zweite Kolbenabschnitt 38 einen größeren Durchmesser als der erste Kolbenabschnitt 36. Am Stufenübergang des gestuften Steuerkolbens 22 ist eine erste Messfläche 40 ausgebildet. Des Weiteren ist am Stufenübergang ein Freistich vorgesehen. Die Messfläche 40 begrenzt zusammen mit einem Stufenübergang zwischen den Bohrungsabschnitten 32 und 34 eine Ringkammer 42. Diese ist mit einer als Kanal ausgebildeten Hochdruckführung verbunden, was unten stehend näher erläutert ist. Über die Hochdruckführung ist die Ringkammer 42 mit der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine 1 verbunden, womit die Messfläche 40 mit Druckmittel der Hochdruckseite beaufschlagt ist. Dies führt zu einer vom Hochdruck auf den Steuerkolben 22 in Richtung von ersten Schaltstellungen ausgeübten Druckkraft. Am zweiten Kolbenabschnitt 38 sind hintereinander zwei Ringnuten 44 und 46 ausgebildet, wodurch zwischen diesen ein Steuerbund 48 gebildet ist. Der Steuerbund 48 hat auf Seiten der Ringnut 44 eine erste Steuerkante 50 und auf Seiten der Ringnut 46 eine zweite Steuerkante 52. Mit der ersten Steuerkante 50 wird beim Verschieben des Steuerkolbens 22 ausgehend von der in 3 gezeigten Grundstellung in Richtung von ersten Schaltstellungen, das heißt in Richtung des Federraums 28, eine Druckmittelverbindung zwischen einer weiteren zweiten als Kanal ausgebildeten Hochdruckführung und einem Stelldruckkanal 54 aufgesteuert. Dagegen wird von der zweiten Steuerkante 52 beim Verschieben des Steuerkolbens 22 ausgehend von der in 3 gezeigten Grundstellung in Richtung von zweiten Schaltstellungen, also weg vom Federraum 28, eine Druckmittelverbindung zwischen dem Federraum 28, also Niederdruck, und dem Stelldruckkanal 54 aufgesteuert. In der gezeigten Grundstellung ist die Verbindung vom Stelldruckkanal 54 zur zweiten Hochdruckführung beziehungsweise zum Federraum 28 gesperrt. In der gezeigten Grundstellung mündet die Hochdruckführung im Bereich der ersten Ringnut 44 in die Kolbenbohrung 26. Innerhalb des Steuerbunds 48 befindet sich eine weitere Ringnut, deren Außendurchmesser größer als der der anderen Ringnuten 44 und 46 ist.
Ein aus der Kolbenbohrung 26 auskragender Endabschnitt 56 des Steuerkolbens 22 ist radial zurückgestuft. Somit ist zwischen dem Endabschnitt 56 und der zweiten Ringnut 46 ein weiterer Bund 58 am Steuerkolben 22 ausgebildet. Dieser ist seitlich abgeflacht, was unten stehend näher erläutert ist. Die Abflachungen bewirken, dass die Ringnut 46 fluidisch mit dem Federraum 28 verbunden ist, so dass der Steuerbund eine fluidische Verbindung zwischen dem Stelldruckkanal 54 und Niederdruck aufsteuern kann. Dabei ist der Federraum 28 über einen Kanal 60, siehe 2, mit dem Gehäuseinneren des Maschinengehäuses 6 und somit mit der Saugseite der Axialkolbenmaschine verbunden.
Stirnseitig des Endabschnitts 56 ist ein Federteller 62 angeordnet, über den der Steuerkolben 22 mit einer Federkraft einer ersten Messfeder 64 beaufschlagbar ist.
Der Steuerkolben 22 hat des Weiteren im Bereich des Bohrungsabschnitts 32 eine Mehrzahl von Ringnuten 66. Im Anschluss daran kragt der Steuerkolben 22 in den Steuerraum 30 mit einem weiteren Endabschnitt 68 ein. Der Endabschnitt 68 ist radial etwas zurückgestuft und von einem Radialbund in Form eines Federtellers 70 umgriffen. Dieser stützt sich am Steuerkolben 22 in einer Richtung weg vom Federraum 28 über einen Sprengring an diesem ab, wobei der Sprengring in eine Radialnut 72 des Steuerkolbens 22 eingesetzt ist. In eine Richtung weg vom Federraum 28 ist der Steuerkolben 22 über den Federteller 70 mit einer Federkraft einer Einstellfeder 74 beaufschlagt. Diese wiederum stützt sich über einen in dem Steuerraum 30 axial verschiebbar angeordneten Federteller 76 ab. Der Federteller 76 hat eine kegelstumpfförmige Stirnfläche als Schrägfläche 78. An dieser greift ein Gewindestift 80 an, der radial zum Steuerkolben 22 im Steuergehäuse 8 angeordnet ist und in den Steuerraum 30 mündet. Mit dem Gewindestift 80 ist ein Regelbeginn der Verstelleinrichtung 2 einstellbar. Wird der Gewindestift 80 in Richtung des Steuerkolbens 22 bewegt, so verschiebt sich der Federteller 76 weg vom Federraum 28. Wird dagegen der Gewindestift 80 in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so verschiebt sich der Federteller 76 hin zum Federraum 28.
Der Federteller 70, der am Steuerkolben 22 festgelegt ist, dient des Weiteren zur Hubbegrenzung. Hierfür ist der Steuerraum 30 als Stufenbohrung ausgebildet mit einer ersten, einen kleinen Durchmesser aufweisenden, Stufe 82 und einer zweiten, einen großen Durchmesser aufweisenden, Stufe 84. In der kleineren Stufe 82 ist der Federteller 76 geführt. In der größeren Stufe 84 ist der Federteller 70 angeordnet. Zwischen den Stufen 82 und 84 ist eine Anschlagschulter 86 gebildet, an die der Federteller 70 bei einem bestimmten Hub des Steuerkolbens 22 in Richtung seiner ersten Schaltstellungen anschlägt. Zum Verschließen des Steuerraums 30 ist ein Deckel 88 vorgesehen.
Aus 4 ist ein an der Anschlussplatte 4 ausgebildeter Sauganschluss 90 ersichtlich. Dieser ist etwa radial zum Stellkolben 12 angeordnet und erstreckt sich etwa senkrecht zur einer von einer Längsachse des Stellkolbens 12 und einer Längsachse des Stellzapfens 14 aufgespannten Ebene. Das Gehäuseinnere des Maschinengehäuses 6 ist zu dem Sauganschluss 90 hin offen. Außerdem ist aus 4 ersichtlich, dass der Federraum 28 auch unmittelbar zu dem Sauganschluss 90 hin offen ist.
Zum Begrenzen des Ringraums 18 ist die Kolbenbohrung 10 für den Stellkolben 12 radial zurückgestuft. Ausgehend vom Ringraum 18 hin zum Federraum 28 ist die Kolbenbohrung 12 ebenfalls radial zurückgestuft, womit ein Radialinnenbund 92 gebildet ist. Der Stellkolben 12 hat einen ersten Kolbenabschnitt 94 mit dem er auf der Seite des Radialinnenbunds 92 angeordnet ist, der von dem Ringraum 18 weg weist. Ein sich daran anschließender zweiter radial zurück gesetzter Kolbenabschnitt 96 ist dagegen an einer Innenwandfläche des Radialinnenbunds 92 geführt und begrenzt den Ringraum 18. Die Kolbenbohrung 12 im Bereich des ersten Kolbenabschnitts 94 ist mit dem Sauganschluss 90 verbunden.
Der Stellkolben 12 kragt mit einem Endabschnitt 98, der vom Ringraum 18 weg weist, in den Federraum 28 ein. Der Endabschnitt 98 ist zapfenförmig ausgebildet, wobei ein Federteller 100 auf diesen gesetzt ist. Der Federteller 100 ist ebenfalls zapfenförmig ausgebildet und wird von einem weiteren Federteller 102 umgriffen, der auf dem Federteller 100 axial verschiebbar geführt ist. An dem Federteller 102 stützt sich die erste Messfeder 64 ab. Des Weiteren wird der Federteller 102 von einer axial zur ersten Messfeder 64 und etwa deren Durchmesser aufweisenden zweiten Messfeder 104 mit einer Federkraft beaufschlagt. Die zweite Messfeder 104 stützt sich dann am Federteller 100 und somit am Stellkolben 12 ab. Der Federteller 102 ist somit zwischen Messfeder 64 und 104 angeordnet. Durch die Federanordnung aus den beiden Messfedern 64 und 104 wird auf den Steuerkolben eine gegen die Druckkraft wirkende Federkraft ausgeübt. Solange der Federteller 102 bei einer Bewegung des Stellkolbens 12 frei beweglich ist, ist die von der Anordnung der beiden Federn 64 und 104 auf den Steuerkolben 22 ausgeübte Kraft nach einer leicht herzuleitenden Formel durch die Federkonstanten (Federsteifigkeiten) beider Messfedern und die Position des Stellkolbens 12 bestimmt. Der Federteller 102 ist dabei je nach Position des Stellkolbens unterschiedlich weit von dem Federteller 100 entfernt. In einer bestimmten Position des Stellkolbens 12 liegt der Federteller 102 am Federteller 100 an. Wird der Stellkolben ab der besagten Position weiter in Richtung auf den Steuerkolben 22 gemäß 4 nach oben bewegt, ist die Messfeder 102 unwirksam. Die auf den Steuerkolben 22 ausgeübte Federkraft wird nur noch durch die Messfeder 64 bestimmt. Damit ergibt sich ein Knick in der Gesamtfedersteifigkeit und damit in einem Diagramm, in dem der Hochdruck und die Position des Stellkolbens 12 und damit des Hubvolumens der Axialkolbenmaschine gegeneinander aufgetragen sind. Die Kennlinie besteht aus zwei Geraden und beschreibt näherungsweise eine Hyperbel, die, eine konstante Drehzahl vorausgesetzt, eine Kennlinie konstanter Leistung der Axialkolbenmaschine darstellt. Mit einer Federanordnung der gezeigten Art ist also eine Leistungsregelung mit angenähert konstanter Leistung möglich.
Die Messfedern 64 und 104 werde von einer in dem Federraum 28 angeordneten Rückstellfeder 108 umfasst. Diese stützt sich an einer Schulter 110 des Federraums 28 ab und beaufschlagt den Stellkolben 12 über seinen Federteller 100 mit einer Federkraft in einer Richtung weg vom Steuerkolben 22.
Gemäß 5 ist das Steuergehäuse 8 gezeigt, wobei ein Steuerdruckanschluss 112 für den Steuerraum 30 ersichtlich ist. Dieser ist auf einer gleichen Seite wie der Sauganschluss 90 ausgebildet. Er mündet radial in den Steuerraum 30 zwischen dem Federteller 76 und einer Bodenfläche 114. Über den Steuerdruckanschluss 112 kann der Steuerkolben 22 unabhängig vom an seiner Messfläche 40 anliegenden Druck in Richtung seiner ersten Schaltstellungen mit Steuerdruckmittel beaufschlagt werden wodurch eine Übersteuerung des Steuerkolbens 22 ermöglicht ist.
Gemäß 5 sind die Hochdruckführungen 116 und 118 für den Steuerkolben 22 ersichtlich. Die erste radial zum Steuerkolben 22 ausgebildete Hochdruckführung 116 mündet hierbei im Bereich der Messfläche 40. Die zweite Hochdruckführung 118 ist im Parallelabstand zur ersten Hochdruckführung 116 ausgebildet und mündet im Bereich der Ringnut 44 des Steuerkolbens 22. Die erste Hochdruckführung 116 ist hierbei von der gleichen Seite wie der Steuerdruckanschluss 112 in das Steuergehäuse 8 als Sacklochbohrung eingebracht, die nach außen verschlossen ist. Die zweite Hochdruckführung 118 ist dagegen von der anderen Seite des Steuergehäuses 8 her als Sacklochbohrung eingebracht und nach außen hin ebenfalls verschlossen. Miteinander verbunden sind die Hochdruckführungen 116 und 118 über einen axialen Kanal 120, der auf Seiten des Deckels 88 in das Steuergehäuse 8 als Sacklochbohrung eingebracht ist. Zum Verbinden mit der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine 1 aus 1 ist ein in der zweiten Hochdruckführung 118 mündender Kanal 122 vorgesehen.
Gemäß 6 ist der erste Bohrungsabschnitt 32 im Bereich der in 3 dargestellten Ringnuten 66 mit dem Federraum 28 über den Steuerkolben 22 verbunden und hat hierfür eine Bohrungsstern 124 im Bereich der Ringnuten 66, von dem aus sich ein Axialkanal 126 durch den Steuerkolben 22 erstreckt und im Federraum 28 mündet. Hierdurch ist eine im Steuerraum 30 mit Steuerdruckmittel beaufschlagbare zweite Messfläche 128 des Steuerkolbens 22 nicht in Wirkverbindung mit der ersten Messfläche 40, da der zwischen diesen Messflächen angeordnete Bereich des Steuerkolbens 22 zur Saugseite entlastet ist.
Gemäß 6 sind des Weiteren zwei Abflachungen 130 und 132 des Steuerkolbens 22 ersichtlich über die die Druckmittelverbindung zum Federraum 28 ermöglicht ist.
Gemäß 7 ist die Ausgestaltung der Abflachungen 130 und 132 des Steuerkolbens 22 ersichtlich.
Der Stelldruckkanal 54 aus 3 ist mit dem Zylinderraum 20 entweder direkt fluidisch verbunden oder entsprechend der Ausführungsform in den gezeigten Figuren über ein Load-Sensing-Regler 134 (LS-Regler), der in 8 dargestellt ist. Bei dem LS-Regler 134 handelt es sich um einen üblichen LS-Regler 134, weswegen der Einfachheit halber auf nähere Erläuterungen hierzu verzichtet wird. Der LS-Regler 134 ist im Steuergehäuse 8 ausgebildet. Eine Längsachse eines Kolbens 136 des LS-Reglers 134 erstreckt sich etwa senkrecht zur Längsachse des Steuerkolbens 22. Gemäß der 1 kragt der LS-Regler 134 weg vom Steuergehäuse 8 etwa hin zum Maschinengehäuse 6.
Offenbart ist ein Leistungsregler mit einem Stellzylinder und einem Steuerzylinder. Ein Stellkolben des Stellzylinders ist hierbei etwa koaxial zum Steuerkolben des Steuerzylinders angeordnet. Über den Stellkolben ist eine Schwenkwiege einer Axialkolbenmaschine verschwenkbar. Hierfür kann der Stellkolben einerseits vom Druckmittel einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und andererseits von einem Stelldruckmittel einer Stelldruckkammer beaufschlagt sein. Über eine Messfederanordnung ist der Stellkolben mit dem Steuerkolben gekoppelt. Der Steuerkolben steuert hierbei eine Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer und eine Druckmittelverbindung zwischen einer Saugseite der Axialkolbenmaschine und der Stelldruckkammer. Zur Druckbeaufschlagung des Steuerkolbens mit Druckmittel der Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine hat dieser eine Messfläche. Diese ist räumlich getrennt von Steuerkanten des Steuerkolbens zur Steuerung der Druckmittelverbindung von und zur Stelldruckkammer.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10001826 C1 [0002]
DE 102006055931 [0004]

Claims

Verstelleinrichtung zur Verstellung eines Fördervolumens einer Axialkolbenmaschine (1), wobei ein Stellzylinder mit einem Stellkolben (12) vorgesehen ist, wobei der Stellkolben (12) zum Verschwenken einer Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine (1) mit Stelldruckmittel über eine Stelldruckkammer (20) beaufschlagbar ist, wobei ein Steuerventil mit einem Steuerkolben (22) vorgesehen ist, der in Richtung von ersten Schaltstellungen eine Druckmittelverbindung zwischen einer Hochdruckseite der Axialkolbenmaschine (1) und der Stelldruckkammer (20) aufsteuert und entgegen gesetzt in Richtung von zweiten Schaltstellungen eine Druckmittelverbindung zwischen der Stelldruckkammer (20) und einer Saugseite(90) der Axialkolbenmaschine (1) aufsteuert, wobei der Steuerkolben (22) in Richtung der ersten Schaltstellungen über seine Messfläche (40) mit Druckmittel der Hochdruckseite beaufschlagbar ist, und wobei der Steuerkolben (22) in Richtung der zweiten Schaltstellungen mit einer Federkraft einer Messfeder (64) beaufschlagt ist, die sich am Stellkolben (12) abstützt, wobei bei einer Verkürzung eines Wirkungspfads zwischen dem Steuerkolben (22) und dem Stellkolben (12) sich die Federkraft erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (22) beabstandet zur Messfläche (40) eine Steuerkante (50) zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer (20) hat.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Messfläche (40) mit einer ersten Hochdruckführung (116) verbunden ist und die Steuerkante (50) mit einer zweiten Hochdruckführung (118) verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stellkolben (12) in einer Anschlussplatte (4) für die Axialkolbenmaschine (1) angeordnet ist und der Steuerkolben (22) in einem an die Anschlussplatte (4) anschließbaren Steuergehäuse (8) angeordnet ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, wobei das Steuergehäuse (8) in einer gleichen Größe für Axialkolbenmaschinen (1) in unterschiedlicher Größe mit Anschlussplatten (4) in unterschiedlicher Größe einsetzbar ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Sauganschluss (90) in der Anschlussplatte (4) ausgebildet ist, der in eine Richtung weist, die sich etwa senkrecht zu einer von einer Längsachse des Stellkolbens (12) und einer Längsachse einer Zylindertrommel der Axialkolbenmaschine aufgespannten Ebene erstreckt.
Verstelleinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Steuerkolben (22) über eine zweite Messfläche (128) mit einem Steuerdruckmittel zur Übersteuerung beaufschlagbar ist, wobei zwischen den Messflächen (128, 40) ein vom Steuerkolben (22) und einer Kolbenbohrung (32) begrenzter Zwischenraum mit der Saugseite (90) der Axialkolbenmaschine (1) verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 6, wobei der Zwischenraum über den Steuerkolben (22) mit der Saugseite (90) der Axialkolbenmaschine (1) verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Kolbenbohrung (32) einerseits in einem Federraum (28) für die Messfeder (64) und andererseits in einem Steuerraum (30) mündet, wobei der Steuerkolben (22) über den Steuerraum (30) mit dem Steuerdruckmittel beaufschlagbar ist, wobei der Federraum (28) mit der Saugseite (90) der Axialkolbenmaschine (1) verbunden ist und im Steuerkolben (22) einen Entlastungskanal (124, 126) ausgebildet ist, der den Federraum (28) mit dem Zwischenraum verbindet.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 8, wobei der Steuerkolben (22) im Steuerraum (30) einen Radialbund (70) hat, über den der Steuerkolben (22) mit einer Federkraft einer Einstellfeder (74) in Richtung der zweiten Schaltstellungen beaufschlagbar ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 9, wobei der Steuerkolben (22) mit seinem Radialbund (70) ab einem bestimmten Verschiebeweg in Richtung der ersten Schaltstellungen an einer Anschlagschulter (86) des Steuergehäuses (8) anschlägt.
Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei der Steuerkolben (22) gestuft mit einem ersten Kolbenabschnitt (36) und einem einen größeren Durchmesser als der erste Kolbenabschnitt (36) aufweisenden zweiten Kolbenabschnitt (38) ausgebildet ist, wobei die erste Messfläche (40) durch einen Stufenübergang der Kolbenabschnitte (36, 38) gebildet ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 11, wobei der Steuerkolben (22) in einem zweiten Kolbenabschnitt (38) eine erste und zweite Radialnut (44, 46) aufweist, zwischen denen ein Steuerbund (48) gebildet ist, der die Steuerkante (50) zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer (29) aufweist und der eine Steuerkante (52) zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Saugseite (90) und der Stelldruckkammer (20) aufweist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 12, wobei die von der Steuerkante (52) begrenzte Radialnut, die zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Saugseite (90) und der Stelldruckkammer (20) vorgesehen ist, über den Steuerkolben (22) mit der Saugseite (90) verbunden ist.
Verstelleinrichtung nach Anspruch 13, wobei der Steuerkolben (22) zum Verbinden der ersten Radialnut (46) mit der Saugseite (90) zumindest eine Abflachung (130, 132) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass die erste Radialnut (44) mit dem Federraum (28) verbunden ist.
Verstelleinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei stromabwärts der Steuerkante (50) zum Steuern der Druckmittelverbindung zwischen der Hochdruckseite und der Stelldruckkammer (20) des Steuerkolbens (22) im Druckmittelströmungspfad zwischen dieser Steuerkante (50) und der Stelldruckkammer (20) ein Load-Sensing-Regler (134) angeordnet ist.