DE3939488C2 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrostatische Axial­ kolbenmaschine mit veränderbarem Hubraum. In einem Joch ist drehbar eine Zylinderbüchse angeordnet, welche ein Vielzahl von an ihrem Umfang im Abstand zueinander ausgebildeten Zylin­ deröffnungen aufweist, in denen auf- und abbewegbare Kolben mit Kolbenstangen angeordnet sind. Deren freie Enden sind ih­ rerseits in einer Antriebsscheibe gelagert. Eine Maschinen­ welle ist mit der Antriebsscheibe fest verbunden und drehbar in einem Maschinengehäuse angeordnet. Im Gehäuse ist ein Schenkel des Joches für hin- und herschwingende Bewegungen auf einer Querachse durch die Mitte der Antriebsscheibe mittels einer Einstellvorrichtung gelenkig gelagert, um den Hubraum und gegebenenfalls auch die Betriebsweise der Maschine zu verändern. Im Joch und im Maschinengehäuse sind einige Verbin­ dungsleitungen für das hydraulische Medium angeordnet.

In derartigen Axialkolbenmaschinen mit veränderbarem Hubraum ist die Zylinderbüchse zu ihrer Auf- und Abbewegung im Ver­ hältnis zur Antriebsscheibe entweder in einem Gleitlager in der Form eines Führungssegmentes, das gleitend in einer ge­ krümmten Führungsbahn im Maschinengehäuse bewegbar ist, oder in einem Joch drehbar angeordnet. Es ist bekannt, bei Maschi­ nen mit einem Joch die zwei Leitungen zum Ein- und zum Auslaß des hydraulischen Mediums nebeneinander in einem der Schenkeln des Joches vorzusehen, wodurch der andere Schenkel entspre­ chend kleiner ausgebildet werden kann und dadurch Raum auf einer Seite der Maschine gespart wird, siehe beispielsweise US-A 3,065,711. Bei Einsatz einer mit einem Joch versehenen Axialkolbenmaschine mit veränderbarem Hubraum beispielsweise zur Speicherung und Rückgewinnung von Energie bei hydrosta­ tischen Kraftfahrzeuggetrieben hat es sich als wünschenswert erwiesen, eine Jochkonstruktion verfügbar zu machen, in der das Joch kleiner und leichter ausfällt, damit zur Veränderung des Hubraums nur geringere Massen bewegt werden müssen. Als Folge daraus ergibt sich eine feinere Hubraumsteuerung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesser­ te Anordnung einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine der voranstehend beschriebenen Art verfügbar zu machen. Die Erfin­ dung zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß ein Füh­ rungssegment an die Stelle eines weiteren Jochschenkels tritt. Dieses Teil ist am oberen bzw. mittleren Abschnitt des Joches befestigt und bewegt sich in einer gekrümmten Führungsbahn im Maschinengehäuse. Die Führungsbahn erstreckt sich in einer Ebene rechtwinklig zu der Drehachse des Joches. Eine der Ver­ bindungsleitungen verläuft im Jochschenkel, während der freie Raum innerhalb des Maschinengehäuses die andere Leitung bil­ det. Die Einstellvorrichtung besteht vorteilhafterweise aus zwei Zylinderöffnungen, die im Joch ausgebildet sind und vor­ zugsweise im selben Abstand zu einer Mittelebene dieses Joches angeordnet sind. Ein Einstellkolben ist in jeder der Zylinder­ öffnungen vorgesehen, der jeweils eine Kolbenstange aufweist, welche mit ihrem Ende in je einem Sitz im Maschinengehäuse gelagert ist. Weiterhin verbindet eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des Joches wahlweise eine der Einstellzylinder­ öffnungen mit einer der hydraulischen Leitungen.

Aufgrund der Erfindung ist es nunmehr möglich, die Maschine noch kompakter zu konstruieren. Das heißt, es ist auf der ei­ nen Seite der Maschine kein Raum für einen Jochschenkel mehr erforderlich. Durch die erfindungsgemäße Jochkonstruktion ist das Joch nunmehr leichter als die Joche nach dem Stand der Technik und daher verringert sich die Trägheit bei der Hub­ raumsteuerung. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Vorrichtung zur Jocheinstellung in der Form eines Paares von im Joch ausgebildeten Einstellzylindern weiterhin zu einer kompakteren Maschinenkonstruktion beiträgt und gleichzeitig die Funktion der Einstellvorrichtung präzise und schnell wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung.

Es zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine, teilweise im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt der Maschine in Fig. 1 entlang der Ebene der Maschinenwelle,

Fig. 3 eine Seitenansicht auf die Maschine, zum Teil im Schnitt einerseits durch die Ebene, in der sich die Mittelachse der Einstellventilvorrichtung im Joch befindet, und andererseits durch die Mittelebene einer der Einstellzylinder und

Fig. 4 eine Draufsicht von oben auf die Maschine, teilweise im Schnitt.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit veränderbarem Hubraum aus einer dreh­ bar in einem Joch 2 angeordneten Zylinderbüchse 1. Die Büchse 1 enthält eine Vielzahl von an ihrem Umfang im Abstand zuein­ ander ausgebildeten Zylinderbohrungen 3, beispielsweise neun Bohrungen, in denen Kolben 4 zur Auf- und Abbewegung darin angeordnet sind. Jeder Kolben 4 sitzt fest an einer Kolben­ stange 5 und ist vorzugsweise einstückig mit dieser ausge­ führt. Das gegenüberliegende kugelförmige Ende 6 dieser Kol­ benstange 5 ist auf bekannte Art und Weise in einer Antriebs­ scheibe 7 gelagert, die fest mit der Maschinenwelle 8 ver­ bunden ist.

Über einen Schenkel 2a ist das Joch 2 in einem Maschinenge­ häuse 10 angeordnet. Es ist auf diese Weise um eine Querachse A-A durch die Mitte der Antriebsscheibe 7 herum hin- und her­ schwingbar und zwar mittels einer Einstellvorrichtung 11 zur Veränderung des Hubraumes und im vorliegenden Fall gleichfalls zur Umschaltung der Betriebsweise der Maschine zwischen Pumpe oder Motor. Weiterhin sind in dem Joch 2 und dem Maschinen­ gehäuse 10 ein Paar Verbindungsleitungen 12, 13 für das hy­ draulische Medium vorgesehen.

Der andere Schenkel des Joches 2 entfällt in dem Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung vollständig und ist durch ein Füh­ rungssegment 14 auf dem oberen bzw. dem mittleren Abschnitt 2b des Joches ersetzt. Dieses Teil läuft in einer gekrümmten Füh­ rungsbahn 15, welche im Maschinengehäuse in einer Ebene recht­ winklig zu der Drehachse A-A des Joches 2 vorgesehen ist. Wie bereits bekannt, ist eine der Verbindungsleitungen 12 zur Zu­ führung des hydraulischen Mediums an die Zylinderbüchse 1 im Jochschenkel 2a ausgebildet, während die andere Leitung durch den Hohlraum 13 im Maschinengehäuse 10 gebildet wird. Im vor­ liegenden Fall, bei ihrer hauptsächlich vorgesehenen Anwendung in Verbindung mit einem hydrostatischen Getriebe, soll die Maschine mit stets derselben Hochdruckseite für das hydrau­ lische Medium arbeiten, wodurch die Verbindungsleitung 12 bei Funktion der Maschine als Motor das Medium unter hohem Druck zuführt, nämlich in einem Größenbereich von bis zu ungefähr 400 Bar, während der Auslaß des Mediums aus den entsprechenden Zylinderbohrungen 3 frei in den Hohlraum 13 im Maschinenge­ häuse 10 hinaus erfolgt, in dem vorzugsweise ein niedriger Druck von nur wenigen Bar gehalten wird. Wenn die Maschine als Pumpe betrieben wird, ergibt sich die umgekehrte Flußrichtung und die Hochdruckseite besteht noch immer in der Leitung 12.

Gemäß der Erfindung setzt sich die Einstellvorrichtung 11 für die Drehbewegung des Joches 2 aus zwei vorzugsweise parallelen Zylindern 16 zusammen, welche im Joch 2 auf jeder der beiden Seiten des Jochschenkels 2a ausgebildet sind, das heißt, mit gleichem Abstand zu der Mittelebene des Joches. In diesen Zylindern 16 sind Einstellkolben 17 verschiebbar angeordnet, welche über die Enden ihrer Kolbenstangen 18 in Sitzen 19 im Maschinengehäuse 10 gelagert sind. Die Einstellvorrichtung 11 besteht weiterhin aus einem Umschaltventil 21 zur wahlweisen Verbindung einer der beiden Einstellzylinder 16 mit einer hydraulischen Mediumsleitung 12 zur Einstellung des Joches 2.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Umschaltventil als Kolbenventil 21 ausgeführt, dessen Kolben 22 axial über eine Betätigungsvorrichtung 20 bewegbar ist. Bei seiner axialen Bewegung in die eine oder andere Richtung von einer neutralen Mittelstellung aus verbindet der Kolben 22 einen der Einstellzylinder 16 mit der Leitung 12 für das hydraulische Medium im Joch 2a, zum selben Zeitpunkt, zu dem der andere Zylinder 16 mit einem Auslaß 23 für das hydraulische Medium im Ventil 21 verbunden wird. In der Ausführungsform dieses in der Fig. 4 dargestellten Ventiles 21 mündet der Auslaß 23 direkt in den Hohlraum 13 im Maschinengehäuse 10.

Die dargestellte Ausführungsform der Maschine mit einem Gleitlager im Gehäuse 10 und einer Hochdruck-Servoeinrichtung für die Einstellbewegung in Form der voranstehend beschriebenen Einstellvorrichtung 11 stellt jedoch eine vorteilhafte Möglichkeit für einen Druckausgleich des Lagers zur Verfügung. Zusätzlich zu den obengenannten Auslässen 23 im Kolbenventil 21 läßt sich nämlich neben einem jeden der beiden Auslässe im Mittelteil 2b des Joches jeweils ein in eine Ausgleichsnut 32 auf der Oberfläche des Führungssegmentes 14 mündender Druckdurchgang 24 anordnen. Diese Durchgänge 24 sind jeweils mit einem Rückschlagventil 24b (oder alternativ einem gemeinsamen nicht­ dargestellten Schaltventil oder zwei getrennten Ausgleichsoberflächen) versehen. Aufgrunddessen läßt sich der ansonsten bei Gleitlagern oder Teilführungen vorhandene Nachteil der hohen Reibung im Lager aufgrund der großen Belastung auf dem Druck des hydraulischen Mediums vermeiden, der schlechte Steuer­ eigenschaften mit sich bringt. Der Vorteil der vorliegenden Ausführungsform mit Druckausgleich besteht darin, daß ein hydrostatisches Lager des Segmentes erhalten wird, welches nur dann mit Öldruck versorgt wird, wenn das Joch 2 eingestellt werden soll. Ansonsten steht die Segmentführung nicht unter Druck und daher verringert sich das Risiko von schädlichem Lecken.

Die Betätigungsvorrichtung des Ventilkolbens 22 kann vorteilhafterweise aus einem Betätigungshebel 20 bestehen, der zur Drehbewegung um die Drehachse A-A des Joches 2 angeordnet ist und mit seinem freien Ende mit dem Ventilkolben 22 verbunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Betätigungshebel 20 durch eine elektrische Antriebsvorrichtung 25 gedreht, insbesondere in der Form eines Elektromotors. Als Motor läßt sich ein herkömmlicher Elektromotor mit geeigneter Übersetzung oder ein Schrittmotor verwenden. Die Motorwelle ist auf geeignete Weise mit dem Betätigungshebel 20 verbunden, im vorliegenden Fall über eine mit der Motorwelle verbundene Kettenzahntrommel 30, über welche ein Kettenteil 31 läuft, welches mit seinen Enden an diametral gegenüberliegenden Stellungen auf dem Betätigungshebel 20 an seinem Lager um die Drehachse A-A des Jochs herum befestigt ist. Der Betätigungshebel 20 trägt dazu bei, daß das Kolbenventil 21 im Normalfall eine empfindliche Folge-Servoeinrichtung bildet, bei der keine hohe Betätigungsbelastung auf den Betätigungshebel erforderlich ist. Wenn kein hoher Druck im hydraulischen Medium vorhanden ist, läßt sich der Betätigungshebel jedoch ausschließlich zur mechanischen Durchführung einer erwünschten Drehbewegung des Joches 2 verwenden.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ebenfalls dargestellt, daß die Verbindungsleitung 12 für das hydraulische Medium, die über den Schenkel 2a zum Joch 2 verläuft, aus einem ringförmigen Leitungsabschnitt 12a besteht, der koaxial zu der Drehachse A-A des Joches angeordnet ist. Nach außen wird dieser Abschnitt durch ein rohrförmiges Glied 26 gebildet, das mit dem Maschinengehäuse 10 verbunden ist, und im Inneren wird dieser ringförmige Abschnitt durch eine Jochstützwelle 27 begrenzt, welche ebenfalls mit dem Gehäuse 10 verbunden ist und dessen freies Ende mit einer kreisförmigen Endplatte 28 ausgebildet ist. Der Durchmesser dieser Platte entspricht im wesentlichen dem Außendurchmesser des rohrförmigen Gliedes 26 und ist im Abstand zu dessen freiem Ende angeordnet, wobei dieser Abstand im wesentlichen dem Querschnittsmaß des Durchgangs 12 entspricht, wenn er in der Richtung der Drehachse A-A betrachtet wird. In diesem Fall wird der Schenkel 2a des Joches drehbar von dem rohrförmigen Glied 26 und von der Endplatte 28 der Welle gehalten und gegen diese durch geeignete Dichtungsringe 29 abgedichtet. Durch den ringförmigen Leitungsabschnitt 12a läßt sich ein Druckausgleich für die Stützwelle 27 des Joches erhalten.

Claims (7)

1. Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit veränderbarem Hubraum bestehend aus einer in einem Joch (2) drehbar angeordneten Zylinderbüchse (1), welche eine Vielzahl von an ihrem Umfang im Abstand zueinander angeordneten Zylin­ deröffnungen (3) aufweist, in denen sich auf- und abbe­ wegbare Kolben (4) mit Kolbenstangen (5) befinden, wobei die freien Enden der Kolbenstangen (5) in einer Antriebs­ scheibe (7) gelagert sind, ferner bestehend aus einer Maschinenwelle (8), mit der die Antriebsscheibe (7) fest verbunden ist und die drehbar in einem Maschinengehäuse (10) angeordnet ist, in dem ein Schenkel (2a) des Joches (2) drehbar zur hin- und herschwingenden Bewegung auf einer Querachse (A-A) durch die Mitte der Antriebsscheibe durch eine Einstellvorrichtung (11) gelagert ist, um den Hubraum und gegebenenfalls gleichzeitig die Betriebsweise der Maschine zu verändern, schließlich bestehend aus in dem Joch (2) und im Maschinengehäuse (10) angeordneten Verbindungsleitungen (12) für das hydraulische Medium, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines weiteren Jochschenkels ein Führungssegment (14) vorgesehen ist, welches am oberen oder mittleren Ab­ schnitt des Joches (2) befestigt ist und sich in einer gekrümmten Führungsbahn (15) im Maschinengehäuse (10) be­ wegt, wobei die Führungsbahn (15) in einer Ebene senk­ recht zu der Drehachse des Joches verläuft, eine der Verbindungsleitungen (12) sich innerhalb des Jochschen­ kels (2a) erstreckt, während der freie Raum innerhalb des Maschinengehäuses (10) die andere Leitung bildet, und da­ durch, daß die Einstellvorrichtung (11) aus zwei Zylin­ deröffnungen (16) besteht, die im Joch (2) ausgebildet sind und vorzugsweise in gleichem Abstand zu einer Mit­ telebene des Joches (2) angeordnet sind, wobei sich in jeder der Zylinderöffnungen (16) jeweils ein Einstell­ kolben (17) befindet, der jeweils eine Kolbenstange (18) aufweist, die mit ihrem Ende in je einem Sitz (19) im Maschinengehäuse (10) gelagert ist und die Einstell­ vorrichtung (11) außerdem aus einem Umschaltventil (21) besteht, welches wahlweise eine der Einstellzylinder­ öffnungen (16) mit einer der hydraulischen Leitungen (12) zur Einstellung des Joches (2) verbindet.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung (11) aus einem Umschaltventil (21) besteht, dessen Kolben (22) axial durch eine Betäti­ gungsvorrichtung (20) bewegbar ist und bei seiner axialen Bewegung aus einer neutralen Mittelstellung in jede der beiden Richtungen einen der Einstellzylinderöffnungen (16) mit der im Jochschenkel (2) befindlichen hydrauli­ schen Mediumsleitung (12) und den anderen Zylinder (16) mit einem hydraulischen Mediumsauslaß (23) im Umschalt­ ventil (21) verbindet.

3. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediumsauslaß (23) direkt in einen Hohlraum (13) im Maschinengehäuse (10) mündet.

4. Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mediumsauslaß (23) mit dem Hohlraum (13) im Maschi­ nengehäuse (10) über einen Druckdurchlaß (24) durch den mittleren Abschnitt (2b) des Joches (2) verbunden ist, wobei sich dieser Durchlaß (24) auf der Oberfläche des Führungssegmentes (14) öffnet, und ein jeder der Durch­ lässe (23, 24) ein Rückschlagventil (24b) oder ein Um­ schaltventil aufweist, das den beiden Durchlässen (23, 24) gemeinsam ist.

5. Maschine nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung für den Ventilkolben (22) aus einem Betätigungshebel (20) besteht, der drehbar um die Drehachse (A-A) des Joches (2) angeordnet ist und mit seinem freien Ende mit dem Ventilkolben (22) verbunden ist.

6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungshebel (20) vorzugsweise durch eine elek­ trische Antriebsvorrichtung (25) gedreht wird.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Joch (2) über dessen Schenkel (2a) führende Ver­ bindungsleitung (12) für das hydraulische Medium aus ei­ nem ringförmigen Leitungsabschnitt (12a) koaxial zur Drehachse (A-A) des Joches (2) besteht und nach außen von einem rohrförmigen Glied (26) begrenzt wird, das mit dem Maschinengehäuse (10) verbunden ist, und im Inneren durch eine gleichfalls mit dem Gehäuse (10) verbundene Jochwelle (27) begrenzt wird, deren freies Ende zu einer kreisförmigen Endplatte (28) ausgebildet ist, deren Durchmesser im wesentlichen dem Außendurchmesser des rohrförmigen Gliedes (26) entspricht und das in dem Abstand von freien Ende dieses Gliedes (26) angeordnet ist, wobei dieser Abstand im wesentlichen das Querschnittsmaß der Leitung (12) in axialer Richtung vorgibt, wobei der Jochschenkel (2a) von dem rohrförmigen Glied (26) und der Endplatte (29) der Welle (27) drehbar gehalten wird und gegen diese durch Dichtungsvorrichtungen (29) abgedichtet ist.