DE102007022022A1 - Hydrostatische Maschine und diese verwendender Wandler - Google Patents
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Abstract
Eine hydrostatische Maschine hat wenigstens eine in einer Kammer (2) drehbar aufgenommene Axialkolbeneinheit (13, 14) und eine aus der Kammer (2) herausgeführte, mit der Axialkolbeneinheit (13, 14) drehfest verbundene und ein drehmomentübertragendes Profil (19) tragende Welle (3). Eine Ölversorgungsleitung (29, 31-34) mündet auf das Profil (19). Ein Schmierölspiegel ist in der Kammer (2) unterhalb des Profils (19) gehalten.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine und einen hydrostatischen Wandler, in welchem eine solche Maschine eingesetzt ist. Eine solche hydrostatische Maschine mit einer in einer Kammer drehbar aufgenommenen Axialkolbeneinheit und einer aus der Kammer herausgeführten, mit der Axialkolbeneinheit drehfest verbundenen, ein drehmomentübertragendes Profil tragenden Welle ist zum Beispiel aus
DE-PS 1 924 010 bekannt. - Die Arbeitsweise der Axialkolbeneinheit bringt es mit sich, dass bei einer hydrostatischen Maschine dieser Art im Betrieb beträchtliche Radialkräfte auftreten, die dazu führen, dass das Profil der Welle gegen ein mit ihm zusammenwirkendes komplementäres Profil arbeitet, so dass erheblicher Reibverschleiß auftreten kann, wenn das Profil nicht ausreichend geschmiert ist.
- Wenn das Profil selbst in der Kammer angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, in dieser einen so hohen Schmierölspiegel einzustellen, dass das Profil darin eintaucht. Diese Maßnahme beeinträchtigt jedoch den Wirkungsgrad der Maschine; je höher der Ölspiegel in der Kammer ist, um so mehr Antriebsenergie geht dadurch verloren, dass bewegliche Teile der Maschine das Öl durchrühren.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine hydrostatische Maschine anzugeben, die gleichzeitig sowohl einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad gestattet als auch eine zuverlässig ausreichende Schmierung des Profils gestattet.
- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer hydrostatischen Maschine der eingangs genannten Art eine Ölversorgungsleitung auf das Profil mündet und ein Schmierölspiegel in der Kammer unterhalb des Profils gehalten ist.
- Einer bevorzugten Ausgestaltung zufolge ist das so geschmierte drehmomentübertragende Profil der Welle mit einem komplementären Profil der Axialkolbeneinheit im Eingriff, um ein Drehmoment zwischen dieser und der Welle zu übertragen; denkbar ist aber auch, ein solches Profil zur Drehmomentübertragung zwischen der Welle und einem außerhalb der Maschine liegenden Apparat einzusetzen.
- Um Wirkungsgradeinbußen durch unerwünschtes Bewegen des Schmieröles, das heißt durch sogenannte Planschverluste, zu minimieren, ist der Schmierölspiegel in der Kammer vorzugsweise unterhalb sämtlicher mit der Welle drehbarer Teile gehalten. Das heißt, der Schmierölspiegel liegt so tief, dass die drehbaren Teile nicht in ihn eintauchen.
- Um das benötigte Schmieröl dem Profil zuzuführen, hat die Ölversorgungsleitung zweckmäßigerweise einen innerhalb der Welle verlaufenden Abschnitt. Um diesen Abschnitt mit Schmieröl zu speisen, weist ein die Welle tragendes Lager zweckmäßigerweise einen ein Ende der Welle umschließenden Becher auf, und ein sich durch das Lager erstreckender Abschnitt der Ölversorgungsleitung und der innerhalb der Welle verlaufender Abschnitt treffen an dem Becher aufeinander.
- Um den Schmierölspiegel in der Kammer auch bei starkem Ölzufluss niedrig halten zu können, kann zweckmäßigerweise eine Saugpumpe an einen Schmierölauslass der Kammer angeschlossen sein.
- Eine besonders preiswerte und robuste Lösung ist die Verwendung einer Strahlpumpe als Saugpumpe.
- Um die Strahlpumpe zu betreiben, kann ein Hochdruckanschluss der Strahlpumpe parallel zu der Ölversorgungsleitung an eine Quelle für druckbeaufschlagtes Schmieröl angeschlossen sein.
- Wenn das Schmieröl gleichzeitig als Hydraulikfluid der Axialkolbeneinheit verwendet ist, kann ein Hochdruckanschluss der Strahlpumpe mit einem Hydraulikfluidanschluss der Axialkolbeneinheit verbunden sein, um aus der gleichen Quelle wie diese mit druckbeaufschlagtem Hydraulikfluid gespeist zu werden.
- Es ist an sich bekannt, einer Axialkolbeneinheit eine Schrägscheibe zuzuordnen, deren Schrägstellung den Hydraulikfluiddurchsatz pro Umdrehung der Axialkolbeneinheit bestimmt.
DE 196 54 567 A1 offenbart einen hydrostatischen Wandler mit zwei Axialkolbeneinheiten, deren Drehachsen sich in einer gemeinsamen Schrägscheibe kreuzen. Durch Variieren der Schrägstellung dieser Scheibe ist das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Wandlers einstellbar. - Vorzugsweise umfasst die hydrostatische Maschine gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zwei mit einer gleichen Schrägscheibe wechselwirkende Axialkolbeneinheiten, die zueinander koaxial ausgerichtet sind. Die parallele Orientierung der Achsen der Axialkolbeneinheiten erscheint bei einem hydrostatischen Wandler unzweckmäßig, da bei parallelen Achsen das Übersetzungsverhältnis des Wandlers nicht von der Stellung der Schrägscheibe abhängt. Bei Verwendung beider Axialkolbeneinheiten als parallel arbeitende Motoren oder Pumpen hat eine solche Anordnung jedoch den Vorteil, dass, da die Axialkolbeneinheiten stets aus entgegengesetzten Richtungen auf die Schrägscheibe drücken, die von ihnen auf die Schrägscheibe ausgeübten Kräfte sich im Wesentlichen gegenseitig aufheben. Eine Halterung der Schrägscheibe kann daher für eine deutlich kleinere Belastung ausgelegt sein, als der zwischen der Schrägscheibe und einer einzelnen der Axialkolbeneinheiten wirkenden Kraft entspricht.
- Gegenstand der Erfindung ist auch ein hydrostatischer Wandler mit einer ersten und einer zweiten hydrostatischen Maschine, von denen wenigstens eine eine Maschine der oben beschriebenen Art ist und von denen die erste als Motor und die zweite als Pumpe arbeitet und mit dem Motor über eine Hochdruck-Fluidleitung und eine Niederdruck-Fluidleitung verbunden ist.
- Ein Weg von der Hochdruck-Fluidleitung zur Niederdruck-Fluidleitung verläuft vorzugsweise parallel zu einem durch den Motor verlaufenden Weg durch die Ölversorgungsleitung und einen Filter. So wird jeweils nur ein kleiner Prozentsatz des in den Fluidleitungen zirkulierenden Öles gefiltert, und eine hohe Druckdifferenz, die eine effiziente Filterung in einem Filter von kleinen Abmessungen ermöglicht, kann am Filter aufrechterhalten werden, ohne dass hierfür viel Antriebsleistung verbraucht wird.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße hydrostatische Maschine; und -
2 eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Wandlers, der die Maschine aus1 verwendet. - Die in
1 in einem schematischen Schnitt gezeigte hydrostatische Maschine hat ein (in der folgenden Beschreibung als ortsfest angenommenes) zylindrisches Gehäuse1 mit einem internen Hohlraum2 . Eine Welle3 erstreckt sich durch eine Durchgangsbohrung6 in einer ersten Stirnwand4 des Ge häuses1 und den Hohlraum2 bis in eine Sackbohrung7 der gegenüberliegenden zweiten Stirnwand5 des Gehäuses1 . - Eine Schrägscheibe
8 ist zentral in dem Hohlraum2 um eine zur Schnittebene der1 senkrechte Achse9 schwenkbar angeordnet. Die Schrägscheibe8 hat einen in der Figur nicht sichtbaren zentralen Durchgang, durch den sich die Welle3 erstreckt, ohne die Schrägscheibe8 zu berühren. Die Orientierung der Schrägscheibe8 ist bestimmt durch zwei an entgegengesetzten Rändern der Schrägscheibe8 angreifende Stangen10 , die ihrerseits mit in zwei Zylindern11 der ersten Stirnwand verschiebbaren Kolben12 verbunden sind. Die Zylinder sind über nicht dargestellte Absperrventile mit einer Quelle bzw. einer Senke für Hydrauliköl verbindbar. Indem das Hydrauliköl über die Ventile in einen der Zylinder11 zuströmen und aus dem anderen abfließen gelassen wird, ist die Stellung der Schrägscheibe8 veränderbar; sind die Ventile geschlossen, so ist die Orientierung der Schrägscheibe8 fest. - Beiderseits der Schrägscheibe
8 sind koaxial zu der Welle3 Axialkolbeneinheiten13 ,14 in dem Hohlraum2 aufgenommen. Die Axialkolbeneinheiten haben jeweils eine zentrale Bohrung15 , durch die sich die Welle3 erstreckt. Die zentrale Bohrung15 hat einen weiten Abschnitt, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Welle3 und in dem eine Schraubenfeder16 untergebracht ist. Ein Ende der Schraubenfeder16 drückt gegen einen an einer Schulter der Welle3 abgestützten Ring17 ; das andere Ende hält die Axialkolbeneinheit13 bzw.14 gegen eine Anschlussplatte18 an der Stirnwand4 bzw.5 gedrückt. - Ein engerer Abschnitt der zentralen Bohrung
15 hat eine profilierte Innenfläche, die in formschlüssigem Eingriff mit einem Keilwellenprofil19 der Welle3 steht und so die Axialkolbeneinheit13 bzw.14 drehfest mit der Welle3 verbindet. - Rings um die zentrale Bohrung
15 sind Zylinder20 in die Axialkolbeneinheiten13 bzw.14 gebohrt, in denen Kolben21 axial verschiebbar sind. An jeden Kolben21 ist eine Kolbenstange22 angelenkt, die an ihrem freien Ende einen auf der Schrägscheibe8 verschiebbaren Gleitschuh23 trägt. - In der Anschlussplatte
18 sind zwei kreisbogenförmige Langlöcher gebildet, von denen über (nicht dargestellte) Durchgänge der Stirnwände eines mit einem Hochdruckanschluss24 und das andere mit einem Niederdruckanschluss25 des Gehäuses1 verbunden ist. Diejenigen Zylinder20 , die über das hochdruckseitige Langloch mit Druckfluid versorgt werden, drücken ihre Kolben21 gegen die Schrägscheibe8 und versetzen so die Axialkolbeneinheiten13 ,14 und mit ihnen die Welle3 in Drehung. Wenn durch die Drehung ein Kolben21 seine obere Totpunktstellung erreicht, verliert er gleichzeitig die Verbindung zu dem hochdruckseitigen Langloch. Bei weitergehender Drehung gelangt er in Verbindung mit dem niederdruckseitigen Langloch, so dass sein Kolben21 wieder eingedrückt werden und das Druckfluid aus dem Zylinder abfließen kann. - Mit dem Hochdruckanschluss
24 und dem Niederdruckanschluss25 ist ein hydraulisch gesteuertes Wegeventil26 verbunden, das in der1 in Neutralstellung dargestellt ist. Durch am Hochdruckanschluss24 anliegenden Druck wird das Wegeventil26 in eine Stellung versetzt, in der es den Hochdruckanschluss24 mit einem Auslass27 verbindet. Von diesem Auslass27 geht über eine Drossel28 eine Ölversorgungsleitung ab, von der sich ein Abschnitt29 durch die zweite Stirnwand des Gehäuses1 in die Sackbohrung7 erstreckt. Ein Teil des Öles, das durch den Leitungsabschnitt29 in die Sackbohrung7 gelangt, schmiert dort ein Kugellager30 und bildet einen Ölfilm zwischen der Mantelfläche der Welle3 und den Wänden der Sackbohrung7 . Der übrige Teil des Öles gelangt in eine sich axial durch die Welle3 erstreckenden Leitungsabschnitt31 , von dem aus radiale Stichleitungen32 ,33 ,34 auf das Keilwellenprofil19 der Axialkolbeneinheit14 , das Keilwellenprofil19 der Axialkolbeneinheit13 bzw. die Durchgangsbohrung4 münden. So werden über diese Stichleitungen die Keilwellenprofile19 sowie ein zweites, in der ersten Stirnwand angeordnetes Kugellager35 geschmiert. Ein Simmerring36 verhindert den Austritt von Öl aus dem Gehäuse1 . Das über die Stichbohrungen32 –34 frei gesetzte Öl schmiert unter anderem noch die Kontaktflächen zwischen den Axialkolbeneinheiten13 bzw.14 und den Anschlussflächen18 , bevor es schließlich in den Hohlraum2 gelangt und sich an dessen Boden sammelt. - An einen Ölauslass
37 des Gehäuses1 ist der Sauganschluss einer Strahlpumpe38 angeschlossen, deren Druckanschluss über ein Druckbegrenzungsventil39 mit dem Auslass27 des Wegeventils26 verbunden ist. Das Druckbegrenzungsventil39 sorgt dafür, dass bei Inbetriebnahme der hydrostatischen Maschine, wenn sich ein Überdruck am Hochdruckanschluss24 aufzubauen beginnt, zunächst kein Öl über die Strahlpumpe38 abfließen kann und somit der gesamte Druck am Auslass27 zur Verfügung steht, um Öl in die Lager der Welle3 und die Keilwellenprofile19 zu pressen. Erst wenn dieses Öl beginnt, in den Hohlraum2 auszutreten, wird die Strahlpumpe38 benötigt, um sicherzustellen, dass der Ölspiegel im Hohlraum2 nicht so weit ansteigt, dass die Axialkolbeneinheiten13 ,14 darin eintauchen und so zu Planschverlusten führen. - Das Wegeventil
26 hat einen in Bezug auf die beiden Anschlüsse24 ,25 symmetrischen Aufbau, so dass es, wenn sich das Druckverhältnis an den Anschlüssen umkehrt, wenn also an dem als Niederdruckanschluss25 bezeichneten Anschluss ein höherer Druck anliegt als an dem Hochdruckanschluss24 , das Wegeventil26 eine Verbindung zwischen dem Anschluss25 und dem Auslass27 herstellt. So ist auch bei einer Umkehrung der Druckverhältnisse an den Anschlüssen24 ,25 – die zu einer Umkehrung der Drehrichtung der Welle3 führt – für eine ausreichende Schmierung der Lager und der Keilwellenprofile19 sowie für die Funktionsfähigkeit der Strahlpumpe38 gesorgt. - In der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, dass die hydraulische Maschine der
1 als Motor arbeitet. Dem Fachmann ist jedoch klar, dass die selbe Maschine auch als Pumpe eingesetzt werden kann. -
2 zeigt schematisch einen hydrostatischen Wandler oder Transformator, in dem die hydraulische Maschine aus1 als Motor40 verwendet ist. Der hydrostatische Wandler umfasst eine über eine Antriebswelle42 angetriebene Verstellpumpe43 , die an Hydraulikölleitungen44 ,45 angeschlossen ist und je nach Drehsinn der Welle42 an der Leitung45 saugt und in die Leitung44 ausstößt, oder umgekehrt. - Die Leitungen
44 ,45 sind über antiparallel zueinander angeordnete Rückschlagventile46 mit einer neutralen Leitung47 verbunden, die von den Rückschlagventilen46 jeweils auf dem niedrigeren der Drücke der Leitungen44 ,45 gehalten ist. Jeweils durch den Druck auf eine der Leitungen44 ,45 angesteuerte Begrenzungsventile48 sind zwischen die betreffende Leitung44 oder45 und die neutrale Leitung47 geschaltet, um die Druckdifferenz zwischen den Leitungen44 ,45 zu begrenzen. - Ein Vorratstank
49 dient zur Zwischenspeicherung von durch die Strahlpumpe38 aus dem Gehäuse1 abgesaugtes Öl. Eine ebenfalls über die Welle42 angetriebene Konstantpumpe50 saugt Öl aus dem Vorratstank49 ab und presst es durch einen Filter51 , dessen Ausgang mit der neutralen Leitung47 verbunden ist. So gelangt Hydrauliköl, das aus dem von der Verstellpumpe43 über die Leitungen44 ,45 und den Motor40 verlaufenden Hauptkreis über das Wegeventil26 abgezogen wird, in den Hauptkreis zurück. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- - DE 1924010 [0001]
- - DE 19654567 A1 [0013]
Claims (12)
- Hydrostatische Maschine mit wenigstens einer in einer Kammer (
2 ) drehbar aufgenommenen Axialkolbeneinheit (13 ,14 ) und einer aus der Kammer (2 ) herausgeführten, mit der Axialkolbeneinheit (13 ,14 ) drehfest verbundenen und ein drehmomentübertragendes Profil (19 ) tragenden Welle (3 ), dadurch gekennzeichnet, dass eine Ölversorgungsleitung (29 ,31 –34 ) auf das Profil (19 ) mündet und dass ein Schmierölspiegel in der Kammer (2 ) unterhalb des Profils (19 ) gehalten ist. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das drehmomentübertragende Profil (
19 ) der Welle (3 ) mit einem komplementären Profil der Axialkolbeneinheit (13 ,14 ) im Eingriff ist. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierölspiegel in der Kammer (
2 ) unterhalb sämtlicher mit der Welle (3 ) drehbarer Teile (13 ,14 ) gehalten ist. - Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgungsleitung (
29 ,31 –34 ) einen innerhalb der Welle (3 ) verlaufenden Abschnitt (31 ) umfasst. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Welle (
3 ) tragendes Lager einen ein Ende der Welle umschließenden Becher (7 ) aufweist, und dass ein sich durch das Lager erstreckender Abschnitt (29 ) der Ölversorgungsleitung (29 ,31 –34 ) und der innerhalb der Welle (31 ) verlaufende Abschnitt in den Becher (7 ) münden. - Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Saugpumpe (
38 ) an einen Schmierölauslass (37 ) der Kammer (2 ) angeschlossen ist. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugpumpe (
38 ) eine Strahlpumpe ist. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hochdruckanschluss der Strahlpumpe (
38 ) parallel zu der Ölversorgungsleitung (29 ,31 –34 ) an eine Quelle (26 ) für druckbeaufschlagtes Schmieröl angeschlossen ist. - Hydrostatische Maschine nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmieröl als Hydraulikfluid der Axialkolbeneinheit (
13 ,14 ) verwendet ist und ein Hochdruckanschluss der Strahlpumpe (38 ) mit einer die Axialkolbeneinheit (13 ,14 ) mit Hydraulikfluid versorgenden Leitung (44 ,45 ) verbunden ist. - Hydrostatische Maschine, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei mit einer gemeinsamen Welle (
3 ) drehfest verbundene und zu der Welle (3 ) koaxiale Axialkolbeneinheiten (13 ,14 ) umfasst, die mit einer gleichen Schrägscheibe (8 ) wechselwirken. - Hydrostatischer Wandler mit einer ersten und einer zweiten hydrostatischen Maschine (
43 ,40 ), von denen wenigstens eine (40 ) eine Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist und von denen die erste (40 ) als Motor und die zweite (43 ) als Pumpe arbeitet und mit dem Motor (40 ) über eine Hochdruck-Fluidleitung (44 ) und eine Niederdruck-Fluidleitung (45 ) verbunden ist. - Hydrostatischer Wandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Weg von der Hochdruck-Fluidleitung (
44 ) zur Niederdruck-Fluidleitung (45 ) parallel zu dem Motor (40 ) durch die Ölversorgungsleitung (29 ,31 –34 ) und einen Filter (51 ) verläuft.
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