DE3939488C2 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine - Google Patents
Hydrostatische AxialkolbenmaschineInfo
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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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: STRASSE, J., DIPL.-ING. MAIWALD, W., DIPL.-CHEM.DR |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VOAC HYDRAULICS AB, TROLLHAETTAN, SE |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PARKER HANNIFIN AB, ULRICEHAMN, SE |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |