Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Verdrängungsvolumen-Einstellung von Axialkolbenmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine derartige Meßeinrichtung ist beispielsweise aus der DE-A 36 29 638 bekannt geworden. Dort liegt der Meßfühler an einer Anlagefläche der verschwenkbaren Schiefscheibe der Axialkolbenmaschine an, deren Winkelstellung ein Maß für das Fördervolumen der Axialkolbenmaschine ist.
Aus der DE-PS 40 22 301 ist eine Meßeinrichtung zum Erfassen der Verdrängungsvolumen-Einstellung bei einer Axialkolbenmaschine in Schrägachsen-Bauweise bekannt, deren Anlagefläche für den Meßfühler als geneigte Schrägfläche an dem Steuerkörper der Axialkolbenmaschine ausgebildet ist, und zwar an einer dere Seitenflächen des Steuerkörpers. Bei Verschwenkung des Steuerkörpers wird die geneigte Schrägfläche am Meßfühler unter Verschiebung desselben um einen bestimmten Hub vorbeigeführt, der durch den Schwenkweg des Steuerkörpers und den Neigungswinkel der Schrägfläche bestimmt und ungeachtet der Anordnung des Meßfühlers relativ zur Schrägfläche stets der gleiche ist.
Nachteilig bei diesen bekannten Anordnungen ist, daß durch die Anordnung der Anlagefläche bzw. der Schrägfläche an Funktionsbauteilen der Axialkolbenmaschine diese Flächen große Lageveränderungen erfahren und entsprechend der Meßfühler mit einem großen Hubweg folgen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine gedrungene Bauweise und kleine Meßwege möglich sind und ggfs. auch mehrere Meßfühler mit gewünscht unterschiedlichen Hubwegen vorgesehen werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Meßeinrichtung durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruches 1 gelöst. Durch die Anordnung der Drehachse mittig in der Anlagefläche kann die Meßeinrichtung kleinbauend beispielsweise an dem drehbaren Teil eines auf die Axialkolbenmaschine zu deren Volumenverstellung einwirkenden Stellgliedes angeordnet sein. Mit ein und derselben Anlagefläche können mehrere Meßfühler mit unterschiedlichen Meßwegen und beispielsweise auch mehrere Schalter betätigt werden.
Sogar die Meßwegrichtung kann je nach Bedarf durch Anordnung des Meßfühlers rechts oder links von der Drehachse gewählt werden.
Es sind in zweckmäßiger Ausbildung der Erfindung Meßfühler beiderseits der Drehachse an der Anlagefläche angeordnet. So können bei Verstellung von reversierbaren Axialkolbenmaschinen in die eine oder in die andere Förderrichtung beispielsweise Schalter mit gleichen oder unterschiedlichen Schaltwegen betätigt werden.
Vorzugsweise weist jeder Meßfühler eine Meßfläche auf, die ebenso wie die Anlagefläche eben ausgebildet und mit jeweils zwei Begrenzungsrändern versehen ist. Wenn der Abstand der Anlageflächen-Begrenzungsränder von der Drehachse gleich oder kleiner als der Abstand der Meßflächen-Begrenzungsränder ist, gleitet einer der erstgenannten Begrenzungsränder als Kontaktstelle der Anlagefläche bei Drehung derselben an der Meßfläche entlang. Im umgekehrten Fall, d.h. wenn die Anlagefläche über die Meßflächen-Begrenzungsränder übersteht, stellt einer dieser Begrenzungsränder die Meßflächen-Kontaktstelle dar, die an der Anlagefläche bei Drehung derselben entlanggleitet.
Die Meßfläche des Meßfühlers kann jedoch auch zumindest zylindrisch mit senkrecht zur Drehachse verlaufender Normalschnittebene oder sphärisch ausgebildet sein, so daß sowohl die Meßfläche als auch die Anlagefläche bei Drehung der letzteren aneinander entlanggleiten und ihre Kontaktstellen sich somit ständig ändernde Abstände zur Drehachse einnehmen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Meßfühler in einer Führungsbuchse verschiebbar geführt, die selbst als Meßfühler ausgebildet sein kann.
Vorzugsweise ist die Anlagefläche an einer drehbaren Welle einer Verstellvorrichtung zum Verstellen des mit dem schwenkbaren Bauteil der Axialkolbenmaschine in Verbindung stehenden Stellgliedes ausgebildet. Dabei kann die Anlagefläche der Nutgrund einer in die Welle eingeschnittenen Nut sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den verbleibenden Unteransprüchen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Die in Figur 1 gezeigte Meßeinrichtung ist in eine Verstellvorrichtung zum Verstellen des Stellgliedes 1 einer nicht dargestellten Axialkolbenmaschine in Schrägscheiben-, Schrägachsen- oder Taumelscheiben-Bauweise inkorporiert. Die Axialkolbenmaschine umfaßt in herkömmlicher Weise eine in einem Gehäuse drehbar gelagerte Zylindertrommel und eine hier allgemein als Schiefscheibe bezeichnete Schräg- bzw. Taumelscheibe. Je nach Bauweise ist entweder die Zylindertrommel oder die Schiefscheibe zwecks Veränderung der Verdrängungsvolumen-Einstellung der Axialkolbenmaschine schwenkbar gelagert und mit dem Stellglied 1 gekoppelt.
Die Verstellvorrichtung umfaßt eine Welle 2, die in einer Lagerbohrung 3 eines Gehäuses 4 um ihre Längsmittelachse A drehbar gelagert und einerseits mit einem nicht gezeigten Handhebel und andererseits mit einem Verstellhebel 5 gekoppelt ist, der über einen Exzenter 6 an seinem freien Ende mit dem Stellglied 1 in Eingriff steht. Der Handhebel dient zur Drehung der Welle 2 in einander entgegengesetzten Richtungen bis zum Erreichen je einer Endlage, die mit einer der jeweiligen maximalen Verdrängungsvolumen-Einstellung der Axialkolbenmaschine entsprechenden Endstellung des Stellgliedes 1 korrespondiert.
Die Verstellvorrichtung umfaßt ferner eine Rückstellanordnung zum Rückstellen der in Richtung Endlage gedrehten Welle 2 und zum Halten derselben in einer Null-Lage. In Figur 2 ist eine der Endlagen mit durchgezogenen Linien und die Null-Lage mit gestrichelten Linien angedeutet.
Die Rückstellanordnung umfaßt ein Rückstellelement 7 mit einer ebenen Stirnfläche 8, eine an der Welle 2 ausgebildete ebene Gegenfläche 9, eine Rückstellfeder 10 und ein Verschlußteil 11, das als eine aus einem Kopfabschnitt 12 und einem Bolzenabschnitt 13 bestehende Schraube ausgebildet ist.
Das Rückstellelement 7 ist in einer im Gehäuse 4 ausgebildeten, von einer Stirnfläche 14 desselben bis zur Lagerbohrung 3 senkrecht zu dieser verlaufenden Bohrung 15 verschiebbar angeordnet. Diese Bohrung 15 ist mit einer radial verlaufenden Stufe 16 ausgebildet und weist im Bereich zwischen dieser Stufe und der Lagerbohrung 3 einen rechteckigen und im verbleibenden Bereich einen kreisrunden Querschnitt auf. In gleicher Weise ist das Rückstellelement 7 beidseits einer radialen Stufe 17 mit einem sich bis zur Stirnfläche 8 erstreckenden rechteckigen Querschnitt und einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet.
Das Verschlußteil 11 ist mit seinem Bolzenabschnitt 13 so weit in die Bohrung 15 eingeschraubt, bis es mit seinem Kopfabschnitt 12 an der Gehäuse-Stirnfläche 14 anliegt und den Hub des Rückstellelements 7 dementsprechend begrenzt. Die Rückstellfeder 10 ist in einer Sackbohrung 18 des Rückstellelements 7 angeordnet und stützt sich unter Vorspannung am Bolzenabschnitt 13 des Verschlußteils 11 ab, so daß sie das Rückstellelement 7 in Richtung der an der Welle 2 ausgebildeten Gegenfläche 9 beaufschlagt.
Diese Gegenfläche 9 ist der Nutgrund einer in die Welle 2 quer zu dieser eingeschnittenen rechteckigen Nut mit parallelen Nutwandungen (nicht gezeigt), in die das Rückstellelement 7 mit seinem rechteckigen Querschnitt eingreift. Die Nut ist beidseits offen und ihre Tiefe entspricht dem Radius der Welle 2, so daß die quer zu dieser gemessene, radiale Abmessung des Nutgrundes 9 gleich dem Durchmesser 2r der Welle 2 ist. Die Längsmittelachse L der Bohrung 15 liegt in einer die Längsmittelachse A der Welle 2 enthaltenden Ebene E.
Die Meßeinrichtung nach Figur 1 umfaßt eine mit der Gegenfläche 9 der Welle 2 identische Anlagefläche, die dementsprechend ebenfalls mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet ist, und einen Meßfühler 19 mit einer ebenen Meßfläche 20, der in Form eines Stiftes mit rechteckigem Querschnitt in einer zentrischen Durchgangsbohrung entsprechenden Querschnitts im Rückstellelement 7 und im Verschlußteil 11 verschiebbar angeordnet ist und in die Nut eingreift. Die der Welle 2 zugewandte Stirnfläche des Meßfühlers 19 ist mit der Meßfläche 20 identisch. Der Meßfühler 19 liegt mit seiner entgegengesetzten Stirnfläche an einem in Richtung der Welle 2 mittels einer nicht gezeigten Rückstellfeder vorgespannten Betätigungselement (nicht gezeigt) eines in das Verschlußteil 11 eingeschraubten Sicherheitsschalters 21 an und ist auf diese Weise ständig in Richtung der Gegen- bzw. Anlagefläche 9 beaufschlagt.
Wie Figur 2 deutlich zeigt, umfaßt die Meßfläche 20 des Meßfühlers 19 beidseits der sie senkrecht schneidenden Ebene E zwei Meßflächenbereiche 20a, 20b gleicher Größe, die von je einem axial, d.h. parallel zur Längsmittelachse A der Welle 2 verlaufenden Begrenzungsrand 22,23 im Abstand x von der Ebene E begrenzt sind. Die Stirnfläche 8 des Rückstellelementes 7 umfaßt zwei Stirnflächenbereiche 8a, 8b gleicher Größe, die radial außerhalb der Meßfläche 20 angeordnet sind und sich von dieser bis zu je einem axial verlaufenden Begrenzungsrand 24,25 im Abstand y von der Ebene E erstrecken. Die Anlagefläche 9 umfaßt zwei beidseits der Ebene E angeordnete Anlageflächenbereiche 9a, 9b gleicher Größe, die von je einem axial verlaufenden Begrenzungsrand 26,27 mit dem Abstand r von der Längsmittelachse A begrenzt sind. Die Abstände x,y und r sind in der Ebene der jeweiligen Fläche 20, 8 bzw. 9 gemessen. Der Abstand r ist gleich dem Abstand y.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die gleiche Anordnung wie Figur 1, jedoch mit dem Unterschied, daß das Rückstellelement 7 mit einer Meßuhr 28 zum Messen seines Hubes bzw. Meßwegs verbunden ist und somit gleichzeitig als zweiter, ebenfalls mit dem Bezugszeichen 7 bezeichneter Meßfühler dient. Der Meßfühler 19 ist hier nicht zur Betätigung des Sicherheitsschalters 21 vorgesehen, sondern ebenfalls mit einer Meßuhr 29 zum Messen seines Meßwegs verbunden und durch eine nicht gezeigte Rückstellfeder der Meßuhr 29 in Richtung Anlagefläche 9 beaufschlagt.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung nach Figur 2 gilt gleichermaßen auch für die Meßeinrichtung und die Rückstellanordnung nach Figur 1 und ist nachstehend beschrieben:
Die Welle 2 befindet sich, wie mit gestrichelten Linien in Figur 2 gezeigt, in einer der Null-Lage entsprechenden Drehlage relativ zum Gehäuse 4, die mit einer dem Null-Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine entsprechenden Nullstellung des Stellgiieds 1 korrespondiert. Die Korrespondenz wird durch entsprechende Einstellung des Verstellhebels 5 und damit des Exzenters 6 hergestellt (siehe Figur 1). Gleichzeitig befinden sich sowohl der auch als Rückstellelement dienende Meßfühler 7 und der Meßfühler 19 in ihrer jeweiligen Null-Stellung, in der sie unter der Kraft der jeweiligen Rückstellfeder mit ihren Meßflächen 8,20 vollständig an der Anlagefläche 9 der Welle 2 anliegen; dabei ist der Abstand r der Ränder 26,27 gleich dem Abstand y der Ränder 24,25. Die Anordnung der Anlagefläche 9 der Welle 2 und der Meßfläche 8 des rückstellenden Meßfühlers 7 beidseits der beide Flächen 8,9 senkrecht schneidenden Ebene E bewirkt zusammen mit der Rückstellfeder 10 eine gegenseitige Fixierung der Welle 2 und der beiden Meßfühler 7,19 in der Null-Lage bzw. Null-Stellung. Mit anderen Worten, die Welle 2 dient einerseits als Anschlag für die Meßfühler 7,19 und verhindert damit ein Verschieben derselben durch die jeweilige Rückstellfeder über die Null-Stellung hinaus und wird andererseits hauptsächlich durch den auf diese Weise fixierten Meßfühler 7 mit der Vorspannkraft der Rückstellfeder 10 in ihrer Null-Lage festgelegt. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 ist der Sicherheitsschalter 21 im nicht betätigten Zustand. Im Fall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2 sind beide Meßuhren 28,29 auf Null eingestellt.
Wenn die Axialkolbenmaschine in eine der beiden Förderrichtungen ausgeschwenkt werden soll, wird mittels des Handhebels die Welle 2 aus ihrer Null-Lage heraus um einen entsprechenden Winkelbetrag α in die entsprechende Richtung (im vorliegenden Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn) gedreht und damit eine Schwenkbewegung des Verstellhebels 5 um einen korrespondierenden Schwenkwinkel hervorgerufen. Diese Schwenkbewegung wird vom Exzenter 6 auf das Stellglied 1 übertragen, das seinerseits das Ausschwenken der Axialkolbenmaschine auf ein entsprechendes Verdrängungsvolumen bewirkt.
Die Welle 2 bleibt bei dieser Drehung aus ihrer Null-Lage heraus mit lediglich einem der beiden Begrenzungsränder 26,27 (dem in der Zeichnung oberen Begrenzungsrand 26) als Kontaktstelle der Anlagefläche 9 in Kontakt mit dem zugeordneten (in der Zeichnung oberen) Meßflächenbereich 8a des rückstellenden Meßfühlers 7 und verschiebt diesen gegen die Kraft der Rückstellfeder 10 mit dem von der Meßuhr 28 angezeigten Meßweg a = r·sinα in Richtung der (in den Ausführungsbeispielen bis in die) durch den Bolzenabschnitt 13 des Verschlußteils 11 definierten Endstellung. Dabei findet eine radiale Gleitbewegung der betreffenden Kontaktstelle 26 bzw. 27 entlang der Meßfläche 8 statt, und zwar entlang einer Strecke m = y-r·cosα . Der jeweils andere Begrenzungsrand 27 bzw. 26 der Anlagefläche 9 entfernt sich von der Meßfläche 8.
Gleichzeitig befindet sich der Meßfühler 19 mit dem Begrenzungsrand 22,23 (dem in der Zeichnung oberen Rand 22) als Kontaktstelle seiner Meßfläche 20 in Kontakt mit dem zugeordneten (in der Zeichnung oberen) Anlageflächenbereich 9a und wird durch diesen während der Drehung der Welle 2 um den Meßweg b = x·tgα verschoben, der im Fall des Ausführungsbeispiels nach der Fig. 2 von der Meßuhr 29 angezeigt wird. Im Falle des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 schaltet der Meßfühler 19 den Sicherheitsschalter 21 in eine Stellung, in der letzterer den Start der Axialkolbenmaschine verhindert. Während der Drehung der Welle 2 findet eine radiale Gleitbewegung der Kontaktstelle 22 bzw. 23 entlang der Anlagefläche 9 statt, und zwar auf einer Strecke n = x-x cos α. Der jeweils andere Meßflächen-Begrenzungsrand 23 bzw. 22 entfernt sich während der Drehung der Welle 2 von der Anlagefläche 9.
Durch Rückführung des Handhebels in seine Ausgangsstellung wird die Welle 2 in ihre Null-Lage zurückgedreht und damit der Verstellhebel 5 entsprechend zurückgeschwenkt. Eine nicht gezeigte kraftbeaufschlagende Einrichtung stellt nun das Stellglied 1 in seine Null-Stellung und damit die Axialkolbenmaschine auf Null-Verdrängungsvolumen-Einstellung zurück. Gleichzeitig wird der rückstellende Meßfühler 7 ebenso wie der Meßfühler 19 durch die Kraft der jeweiligen gespannten Rückstellfeder zurück in die Null-Stellung verschoben. Bei Drehung der Welle 2 in die entgegengesetzte Richtung wird die Förderrichtung der Axialkolbenmaschine umgekehrt und die jeweils anderen Anlageflächen- und Meßflächenbereiche gelangen in Kontakt miteinander.
Die Meßeinrichtung nach Figur 3 unterscheidet sich von derjenigen nach Figur 2 dadurch, daß statt des Meßfühlers 19 zwei Meßfühler 30,31 verwendet werden, die beidseits symmetrisch zur Ebene E verschiebbar im rückstellenden Meßfühler 7 angeordnet sind, je eine sphärische Meßfläche 32,33 aufweisen, die an der jeweiligen Kontaktstelle 34,35 in Punktkontakt mit der Anlagefläche 9 steht, und mit je einer Meßuhr 36,37 verbunden sind. Die Funktion dieser Meßeinrichtung entspricht sinngemäß derjenigen der Meßeinrichtung nach Figur 2.
Die Meßeinrichtung nach Figur 4 ist mit lediglich einem einzigen, nämlich dem rückstellenden Meßfühler 7 nach Figur 1 ausgerüstet. Seine Funktion ergibt sich aus der vorstehenden Funktionsbeschreibung.
Abweichend von der vorstehenden Beschreibung können die Meßflächenbereiche der einzelnen Meßfühler unterschiedliche radiale Abmessungen aufweisen, so daß sie bzw. ihre den Meßweg des Meßfühlers bestimmenden Begrenzungsränder unterschiedlich weit von der Ebene E angeordnet sind. In einem solchen Fall können bei einem Meßfühler mit zwei beidseits der Ebene E angeordneten Meßflächenbereichen je nach Drehrichtung der Welle unterschiedliche Meßwege erzielt werden. Der gleiche Zweck wird mit einem Meßfühler erreicht, dessen Meßfläche abgestuft ist, so daß die z.B. beidseits der Ebene E angeordnete Meßflächenbereiche verschiedene Abstände von einer zur Ebene E senkrechten Ebene aufweisen. Die beide Meßflächenbereiche trennende Stufe kann auch seitlich der Ebene E angeordnet sein, d.h. einer der beiden Meßflächenbereiche ist beidseits und der andere Meßflächenbereich nur auf einer Seite der Ebene E angeordnet.