EP2390497B1 - Hydrostatische maschine - Google Patents
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- EP2390497B1 EP2390497B1 EP11004291.8A EP11004291A EP2390497B1 EP 2390497 B1 EP2390497 B1 EP 2390497B1 EP 11004291 A EP11004291 A EP 11004291A EP 2390497 B1 EP2390497 B1 EP 2390497B1
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- F04B1/22—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block having two or more sets of cylinders or pistons
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- F03C1/06—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinder axes generally coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
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- F03C1/0686—Control by changing the inclination of the swash plate
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- F04B1/30—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks
- F04B1/32—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
- F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
Definitions
- the present invention relates to a hydrostatic machine with two coaxially arranged axial piston units.
- a hydrostatic machine with two coaxially arranged axial piston units.
- Such a machine is out US Pat. No. 3,213,619 A1 known.
- the axial piston units are arranged between the cooperating with them control discs. Only with strong tilting of the control disk, the piston of an axial piston unit can penetrate to the bottom of their cylinders; the smaller the inclination, the greater the dead volume of the cylinders.
- the object of the present invention is to provide a hydrostatic machine which is compact, lightweight and versatile, e.g. as a hydraulic pump or hydraulic motor, can be used.
- the replacement of the DE 10 2007 022 022 A1 known single control disc by two coupled control discs allows an improvement in the performance characteristics of the hydrostatic machine in two ways.
- the division allows the two control discs to pivot about two different axes;
- the pivot axes can be placed so that the distance between the control discs, measured in the direction of the common axis of the axial piston units, the greater, the smaller the inclination of the control discs.
- This increase in distance leads to the fact that the average volume of the cylinders of the axial piston units and thus also the harmful volume with decreasing skew becomes smaller and smaller.
- a low-loss operation is possible especially at low inclination.
- the pivot axis of the first Control disc expediently lie on the same side of this plane as the first axial piston unit facing half of the first control disk.
- pivot axis of the first control disk extends along one of the first axial piston unit facing surface of the first control disk.
- the position of the dead center of the cylinder is independent of the pivot position of the control disk.
- the harmful volume of the cylinder can be made regardless of its pivotal position; In particular, it can be made virtually zero for each pivot position.
- the two axial piston units should be rotatably connected to each other. This ensures that the pressures exerted by the two axial piston units on their associated control disks in the axial direction are the same and opposite to one another and can compensate each other on a common suspension of the two control disks.
- the coupling mechanism comprises a support which extends between the first and the second control disc and is arranged to move from one of the axial piston units to hers assigned control disc forward pressure applied to the other control disc.
- a simple, effective coupling mechanism may comprise a cam track fixed to one of the control discs and a stop fixed to the respective other control disc and movable along the curved path.
- a carrier of the curved path can simultaneously act as the above-mentioned support.
- both control disks are pivotable between positive and negative pivoting angles, about a zero position perpendicular to the axis of rotation of the machine.
- control discs are only on one side of the zero position, e.g. each from the zero position to a maximum positive tilt angle, are pivotable.
- one of the control disks has a greater freedom of pivot movement than the other control disk, and the freedom of pivoting movement of only one control disk includes a zero position.
- Fig. 1 in a schematic section shown hydrostatic machine has a cylindrical housing, the end walls are indicated in the figure with 1 and 2 respectively.
- a cylindrical jacket connecting the end walls 1, 2 is not shown in the figure.
- a in the figure, for clarity, also not shown shaft extends through central holes 3 of the end walls 1, 2 and is rotatably connected to axial piston units 5, 6.
- the housing is assumed to be stationary and the axial piston units 5, 6 to be rotatable, but it should be understood that the reverse case is also possible.
- the axial piston units 5, 6 in turn each have a central bore 4, through which the shaft extends, and in each case arranged in a circle around the central bores 4 cylinder bores 7, 8, of which one can be seen in section and in which each piston.
- the control discs 13, 14 are perpendicular to the cutting plane of the Fig. 1 oriented pivot axes 15, 16 pivotally, and their pivot position is controlled by means of at opposite ends of the respective control discs 13, 14 engaging rods 17, which in turn are connected in cylinders 18, 19 of the end walls 1, 2 displaceable piston 20.
- Fig. 1 shows the control discs 13, 14 in a maximum oblique position, by an angle ⁇ max, for example, each 21 ° deflected against a longitudinal axis 12 perpendicular, hereinafter also referred to as zero position position.
- the cylinders 18, 19 of the end wall 1 via shut-off valves 21, 22 each connectable to a source or a drain for hydraulic oil, while the cylinders 18, 19 of the opposite end wall 2 can communicate with each other via a line 23.
- the piston 20 urges the control disk 14 to a less inclined position.
- the piston 20 of the cylinder 18 of the end wall 2 is pushed back, hydraulic fluid passes via the line 23 into the cylinder 19 of the end wall 2, and the piston 20 of this cylinder drives a pivoting movement of the control disk 13, so that both control disks 13, 14 maintain their parallel orientation.
- the pivoting freedom of the two control disks 13, 14 can extend over an angular interval [- ⁇ max , ⁇ max ] on either side of the zero position.
- a pivot angle interval in which the two control discs 13, 14 pivot parallel to each other extends between ⁇ max and a small positive lower limit ⁇ min of z. B. 7 °.
- a check valve 24 in the passage 23 is closed, and a check valve 25 is opened to connect the passage 23 to a hydraulic oil tank.
- the reason for the different adjustability of the two control discs 13, 14 is the self-locking, which in the operation of an axial piston in the Engine operation occurs when a minimum swivel angle of its control disk is undershot: the friction losses increase sharply as the swivel angle decreases, and the minimum swivel angle is the angle at which they reach 100%. An operation just above this minimum pivot angle would be possible, but is not very economical because of the high losses.
- a control disk can be pivoted to the zero position while the other remains at the still low-loss tilt angle ⁇ min , a much lower-loss operation is possible, as if both axial piston operate at a pivot angle of ⁇ min / 2.
- Fig. 2 shows a side view of a second hydraulic machine. Again, the jacket connecting the end walls 1, 2 is omitted in order to be able to show the interior of the machine.
- the several cylinder bores 7, 8 of each axial piston unit is shown on each axial piston unit 5, 6 only one.
- the control disk 13 carries two rod-shaped or rib-shaped supports 26, the tips of which slide slidably against contact blocks 27 of the control disk 14.
- the supports 26 and contact blocks 27 transmit the forces exerted by the pistons 9 of one of the axial piston units 5, 6 on the control disc 13 or 14 opposite them to the respective other control disc 14 or 13, so that the pressures of the axial piston units compensate each other and do not have to be caught by the mounting of the pivot axes 15, 16 on the housing or by the rods 17.
- the tips of the posts 26 are slidable along the contact blocks 27 and remain in contact therewith when the control discs 13 are out of the in Fig. 2 shown, the strongest possible inclination ⁇ max or maximum possible amount of swallowing the axial piston units 5, 6 corresponding position in the in Fig. 3 be shown rotated position.
- the position of Fig. 3 is the inclination of the control discs 13, 14 only ⁇ min , and the tip of the upper support 26 is located directly on the border of a centered on the pivot axis 15 arcuate edge 28 of the upper contact block 27th
- the distance between the surfaces contacted by the sliding shoes 11 is the two control discs 13, 14 equal to the distance of the pivot axes 15, 16 and regardless of the orientation of the discs, since the pivot axes 15, 16, the longitudinal axis 12 crossing along each of the piston 9 facing surface of the control discs 13, 14 extend. Accordingly, the total amount of oil in the cylinder bores 7, 8 of the two axial piston units 5, 6 regardless of the orientation of the control discs 13, 14, and losses, on a, albeit small, compressibility of the circulating in the cylinder bores 7, 8 hydraulic oil are independent of the orientation of the control discs 13, 14.
- Fig. 5 shows one too Fig. 2 analogous view of a hydrostatic machine according to an embodiment of the invention.
- the housing of the machine and the axial piston units 5, 6 are the same as in the previously considered embodiments and will not be described again.
- a plane perpendicular to the plane of the drawing, along the longitudinal axis 12 extending plane 29 divides the two control discs 13, 14 each in two halves, one of the associated axial piston unit 5 and 6 facing half 13 'and 14' and a side facing away from her half 13 "or 14".
- the pivot axes 15, 16 are offset parallel to the said plane 29 and are located respectively on the same side of the plane 29 as the axial piston units facing halves 13 'and 14' of the control discs.
- the pivot axes 15, 16 each intersect the longitudinal axis of a cylinder bore 7 and 8, whose (in the case of the axial piston unit 6 not shown) piston 9 is located at its top dead center. At this top dead center, the volume of the cylinder in question is practically zero, and it does not change depending on the orientation of the control disk 13 or 14. As a result, due to the compressibility of the hydraulic oil efficiency losses in this embodiment are negligible.
- Fig. 5 shows the control discs 13, 14 in a maximum inclined stop position, again with an inclined position of ⁇ max , in which the projection 32 is located at one end of the slot 31. Starting from this end, the course of the oblong hole 31 is initially dictated by the requirement that the two control disks 13, 14 should always pivot parallel to one another.
- Fig. 6 shows the control discs 13, 14 with the lowest possible inclination ⁇ min , which can reach the control disk 14.
- the projection 32 has not yet reached the opposite end of the slot 31 in this position.
- the portion 33 of the slot 31, which differs from the in Fig. 6 shown position of the projection 32 extends to the opposite end of the slot 31, is a circular arc whose center coincides with the pivot axis 15.
- the control disk 14 no longer follows a pivoting movement of the control disk 13, when this over the in Fig. 6 shown position strives to zero position.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrostatische Maschine mit zwei koaxial angeordneten Axialkolbeneinheiten. Eine solche Maschine ist aus
US 3 213 619 A1 bekannt. - Bei dieser bekannten hydrostatischen Maschine sind die Axialkolbeneinheiten zwischen den mit ihnen zusammenwirkenden Steuerscheiben angeordnet. Nur bei starker Schrägstellung der Steuerscheibe können die Kolben einer Axialkolbeneinheit bis zum Boden ihrer Zylinder vordringen; je geringer die Schrägstellung ist, um so größer ist das Totvolumen der Zylinder.
- Aus
DE 10 2007 022 022 A1 ist eine hydrostatische Maschine bekannt, bei der beide Axialkolbeneinheiten mit entgegen gesetzten Oberflächen einer gleichen Steuerscheibe zusammenwirken. Dadurch kompensieren sich weitgehend die von den Zylindern der Axialkolbeneinheiten auf die Steuerscheibe ausgeübten axialen Kräfte. Dies reduziert die Anforderungen an die Belastbarkeit der Aufhängung der Steuerscheibe und ermöglicht eine kompakte, leichtgewichtige Realisierung der Maschine. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine hydrostatische Maschine zu schaffen, die kompakt, leicht und vielseitig, z.B. als Hydraulikpumpe oder Hydraulikmotor, einsetzbar ist.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Die Ersetzung der aus
DE 10 2007 022 022 A1 bekannten einzelnen Steuerscheibe durch zwei gekoppelte Steuerscheiben ermöglicht eine Verbesserung der Gebrauchseigenschaften der hydrostatischen Maschine in zweifacher Hinsicht. Zum einen ermöglicht die Zweiteilung, die zwei Steuerscheiben um zwei verschiedene Achsen schwenkbar anzuordnen; insbesondere können die Schwenkachsen so platziert werden, dass der Abstand der Steuerscheiben, gemessen in Richtung der gemeinsamen Achse der Axialkolbeneinheiten, umso größer ist, je kleiner die Schrägstellung der Steuerscheiben ist. Diese Abstandsvergrößerung führt dazu, dass das mittlere Volumen der Zylinder der Axialkolbeneinheiten und damit auch das schädliche Volumen mit abnehmender Schrägstellung immer kleiner wird. So ist insbesondere bei geringer Schrägstellung ein verlustarmer Betrieb möglich. - Um eine derartige Abstandsveränderung der Steuerscheiben zu realisieren, kann, wenn eine gedachte, entlang der gemeinsamen Achse der Axialkolbeneinheiten verlaufende Ebene wenigstens die erste Steuerscheibe in eine der ersten Axialkolbeneinheit zugewandte und eine von der ersten Axialkolbeneinheit abgewandte Hälfte teilt, die Schwenkachse der ersten Steuerscheibe zweckmäßigerweise auf derselben Seite dieser Ebene liegen wie die der ersten Axialkolbeneinheit zugewandte Hälfte der ersten Steuerscheibe.
- Zweckmäßig ist ferner, wenn die Schwenkachse der ersten Steuerscheibe entlang einer der ersten Axialkolbeneinheit zugewandten Oberfläche der ersten Steuerscheibe verläuft.
- Wenn außerdem die Längsachse eines sich am oberen Totpunkt befindenden Zylinders der Axialkolbeneinheit die Schwenkachse der ersten Steuerscheibe kreuzt, ist die Lage des Totpunkts des Zylinders unabhängig von der Schwenkstellung der Steuerscheibe. So kann das schädliche Volumen des Zylinders unabhängig von dessen Schwenkstellung gemacht werden; insbesondere kann es für jede Schwenkstellung praktisch gleich Null gemacht werden.
- Die beiden Axialkolbeneinheiten sollten drehfest miteinander verbunden sein. Dadurch ist sichergestellt, dass die von beiden Axialkolbeneinheiten auf ihre zugeordneten Steuerscheiben in axialer Richtung ausgeübten Drücke entgegengesetzt gleich sind und einander an einer gemeinsamen Aufhängung der beiden Steuerscheiben kompensieren können.
- Zur Entlastung einer solchen Aufhängung kann ferner beitragen, wenn der Kopplungsmechanismus eine Stütze umfasst, die sich zwischen der ersten und der zweiten Steuerscheibe erstreckt und angeordnet ist, um von einer der Axialkolbeneinheiten auf die ihr zugeordnete Steuerscheibe ausgeübten Druck auf die andere Steuerscheibe weiterzuleiten.
- Ein einfacher, wirkungsvoller Kopplungsmechanismus kann eine an eine der Steuerscheiben feste Kurvenbahn und einen an der jeweils anderen Steuerscheibe festen, entlang der Kurvenbahn bewegbaren Anschlag umfassen. Ein Träger der Kurvenbahn kann gleichzeitig als die oben erwähnte Stütze fungieren.
- Alternativ kann als Kopplungsmechanismus auch ein Zahnradgetriebe vorgesehen sein.
- Falls die hydrostatische Maschine vorrangig zum Betrieb als Pumpe vorgesehen ist, sind vorzugsweise beide Steuerscheiben zwischen positiven und negativen Schwenkwinkeln, um eine zur Drehachse der Maschine senkrechte Nullstellung herum, schwenkbar.
- Bei einer vorrangig zum Betrieb als Motor ausgelegten hydrostatischen Maschine genügt es, wenn die Steuerscheiben nur auf einer Seite der Nullstellung, z.B. jeweils von der Nullstellung bis zu einem maximalen positiven Schwenkwinkel, schwenkbar sind.
- Einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung zufolge weist eine der Steuerscheiben eine größere Schwenkbewegungsfreiheit als die andere Steuerscheibe auf, und die Schwenkbewegungsfreiheit nur der einen Steuerscheibe schließt eine Nullstellung ein. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, nicht nur beide Axialkolbeneinheiten mit jeweils gleichen Schluckmengen zu betreiben, sondern auch, die eine mit Schluckmenge Null und die andere mit einer kleinen, aber nicht verschwindenden Schluckmenge zu betreiben. Dadurch ist die technisch nutzbare Spreizung der hydrostatischen Maschine im Motorbetrieb doppelt so groß wie die der sie bildenden Axialkolbeneinheiten, jeweils für sich betrachtet.
- Eine solche partielle Entkopplung der Steuerscheiben mit Übergang in die Nullstellung ist bei dem oben erwähnten Kopplungsmechanismus mit Kurvenbahn und entlang der Kurvenbahn bewegbarem Anschlag auf einfache Weise realisierbar, indem die Kurvenbahn einen auf die Schwenkachse der anderen Steuerscheibe zentrierten Kreisbogenabschnitt aufweist.
- Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
- Fig. 1
- einen schematischen axialen Schnitt durch eine nicht erfindungsgemäße hydrostatische Maschine;
- Fig. 2
- eine Seitenansicht einer zweiten nicht erfindungsgemäßen hydrostatischen Maschine mit maximal schräg gestellten Steuerscheiben;
- Fig. 3
- eine zu
Fig. 2 analoge Seitenansicht, die die Steuerscheiben gekoppelt bei minimalem Schwenkwinkel zeigt; - Fig. 4
- eine zu
Fig. 2 analoge Ansicht mit entkoppelten Steuerscheiben; - Fig. 5
- eine Seitenansicht einer hydraulischen Maschine gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
- Fig. 6
- eine zu
Fig. 5 analoge Seitenansicht, die die Steuerscheiben gekoppelt bei minimalem Schwenkwinkel zeigt; und - Fig. 7
- eine Seitenansicht, die die Steuerscheiben im entkoppelten Zustand zeigt.
- Die in
Fig. 1 in einem schematischen Schnitt gezeigte hydrostatische Maschine hat ein zylindrisches Gehäuse, dessen Stirnwände in der Figur mit 1 bzw. 2 bezeichnet sind. Ein die Stirnwände 1, 2 verbindender zylindrischer Mantel ist in der Figur nicht dargestellt. Eine in der Figur der Übersichtlichkeit halber ebenfalls nicht dargestellte Welle erstreckt sich durch zentrale Bohrungen 3 der Stirnwände 1, 2 und ist mit Axialkolbeneinheiten 5, 6 drehfest verbunden. In der folgenden Beschreibung werden das Gehäuse als ortsfest und die Axialkolbeneinheiten 5, 6 als drehbar angenommen, doch versteht sich, dass der umgekehrte Fall auch möglich ist. Die Axialkolbeneinheiten 5, 6 haben ihrerseits jeweils eine zentrale Bohrung 4, durch die sich die Welle erstreckt, sowie jeweils im Kreis um die zentralen Bohrungen 4 angeordnete Zylinderbohrungen 7, 8, von denen jeweils eine im Schnitt zu sehen ist und in denen jeweils Kolben 9 axial beweglich geführt sind. An die aus den Zylinderbohrungen 7, 8 herausragenden freien Enden der Kolben 9 ist jeweils über ein Kugelgelenk 10 ein Gleitschuh 11 angelenkt, der gegen eine schräg zur Längsachse 12 der Maschine ausgerichtete Steuerscheibe 13 bzw. 14 drückt. - Die Steuerscheiben 13, 14 sind um senkrecht zur Schnittebene der
Fig. 1 orientierte Schwenkachsen 15, 16 schwenkbar, und ihre Schwenkstellung ist gesteuert mit Hilfe von an jeweils entgegen gesetzten Rändern der Steuerscheiben 13, 14 angreifende Stangen 17, die ihrerseits mit in Zylindern 18, 19 der Stirnwände 1, 2 verschiebbaren Kolben 20 verbunden sind.Fig. 1 zeigt die Steuerscheiben 13, 14 in einer maximal schrägen Stellung, um einen Winkel αmax von z.B. jeweils 21° gegen eine zur Längsachse 12 senkrechte, im Folgenden auch als Nullstellung bezeichnete Stellung ausgelenkt. - Bei der hydrostatischen Maschine der
Fig. 1 sind die Zylinder 18, 19 der Stirnwand 1 über Absperrventile 21, 22 jede mit einer Quelle bzw. einer Senke für Hydrauliköl verbindbar, während die Zylinder 18, 19 der gegenüber liegenden Stirnwand 2 miteinander über eine Leitung 23 kommunizieren können. Wenn zum Beispiel über das Absperrventil 21 Hydrauliköl in den Zylinder 18 der Stirnwand 1 eingelassen wird, drängt dessen Kolben 20 die Steuerscheibe 14 in eine weniger schräge Stellung. Gleichzeitig wird der Kolben 20 des Zylinders 18 der Stirnwand 2 zurückgeschoben, Hydraulikfluid geht über die Leitung 23 in den Zylinder 19 der Stirnwand 2 über, und der Kolben 20 dieses Zylinders treibt eine Schwenkbewegung der Steuerscheibe 13 an, so dass beide Steuerscheiben 13, 14 ihre parallele Orientierung beibehalten. - Im Falle einer hydrostatischen Maschine für Pumpenbetrieb kann die Schwenkbewegungsfreiheit der beiden Steuerscheiben 13, 14 sich über ein Winkelintervall [-αmax, αmax] beiderseits der Nullstellung erstrecken.
- Im Falle einer hydrostatischen Maschine für Motorbetrieb erstreckt sich ein Schwenkwinkelintervall, in dem die beiden Steuerscheiben 13, 14 parallel zueinander schwenken, zwischen αmax und einem kleinen positiven unteren Grenzwert αmin von z. B. 7°. Wenn der Schwenkwinkel der beiden Steuerscheiben 13, 14 diesen unteren Grenzwert αmin erreicht hat, wird ein Absperrventil 24 in der Leitung 23 geschlossen, und ein Absperrventil 25 wird geöffnet, um die Leitung 23 mit einem Hydrauliköltank zu verbinden. Durch die Schließung des Absperrventils 24 sind die Kolben der beiden Zylinder 19 arretiert, und die Steuerscheibe 13 kann nicht über den Winkel αmin hinaus zu kleineren Schwenkwinkeln schwenken, wohingegen die Steuerscheibe 14 bei fortgesetzter Zufuhr von Hydraulikfluid über das Absperrventil 21 die Nullstellung erreichen kann, in der sie rechtwinklig zur Achse 12 orientiert ist und das Volumen der Zylinderbohrungen 8 im Laufe einer Umdrehung der Axialkolbeneinheiten 5,6 nicht variiert.
- Der Grund für die unterschiedliche Verstellbarkeit der zwei Steuerscheiben 13, 14 ist die Selbsthemmung, die beim Betrieb einer Axialkolbeneinheit im Motorbetrieb auftritt, wenn ein Mindestschwenkwinkel ihrer Steuerscheibe unterschritten wird: Die Reibungsverluste nehmen bei abnehmendem Schwenkwinkel stark zu, und der Mindestschwenkwinkel ist derjenige Winkel, an dem sie 100% erreichen. Ein Betrieb knapp oberhalb dieses Mindestschwenkwinkels wäre zwar möglich, ist aber wegen der hohen Verluste wenig wirtschaftlich. Indem bei der erfindungsgemäßen Maschine eine Steuerscheibe bis in die Nullstellung geschwenkt werden kann, während die andere bei dem noch verlustarmen Schwenkwinkel αmin verharrt, ist ein deutlich verlustärmerer Betrieb möglich, als wenn beide Axialkolbeneinheiten bei einem Schwenkwinkel von αmin/2 arbeiten.
-
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten hydraulischen Maschine. Wiederum ist der die Stirnwände 1, 2 verbindende Mantel weggelassen, um das Innere der Maschine zeigen zu können. Man erkennt hier die mehreren Zylinderbohrungen 7, 8 einer jeden Axialkolbeneinheit. Von den Kolben 9, mit denen diese Bohrungen 7, 8 bestückt sind, ist an jeder Axialkolbeneinheit 5, 6 jeweils nur einer dargestellt. - Die Steuerscheibe 13 trägt zwei stab- oder rippenförmige Stützen 26, deren Spitzen gleitbeweglich an Kontaktblöcken 27 der Steuerscheibe 14 anliegen. Die Stützen 26 und Kontaktblöcke 27 übertragen die von den Kolben 9 einer der Axialkolbeneinheiten 5, 6 auf die ihnen gegenüber liegende Steuerscheibe 13 oder 14 ausgeübten Kräfte auf die jeweils andere Steuerscheibe 14 bzw. 13, so dass die Drücke der Axialkolbeneinheiten einander kompensieren und nicht von der Lagerung der Schwenkachsen 15, 16 am Gehäuse oder von den Stangen 17 aufgefangen werden müssen.
- Die Spitzen der Stützen 26 sind entlang der Kontaktblöcke 27 gleitbeweglich und bleiben mit diesen in Kontakt, wenn die Steuerscheiben 13 aus der in
Fig. 2 gezeigten, der stärkstmöglichen Schrägstellung αmax bzw. größtmöglichen Schluckmenge der Axialkolbeneinheiten 5, 6 entsprechenden Stellung in die inFig. 3 gezeigte Stellung geschwenkt werden. In der Stellung derFig. 3 beträgt die Schrägstellung der Steuerscheiben 13, 14 nur noch αmin, und die Spitze der oberen Stütze 26 befindet sich unmittelbar an der Grenze einer auf die Schwenkachse 15 zentrierten kreisbogenförmigen Flanke 28 des oberen Kontaktblocks 27. - Wenn die Steuerscheibe 13 aus der in
Fig. 3 gezeigten Stellung weiter in Richtung der Nullstellung geschwenkt wird, streicht die Spitze der Stütze 26 über die Flanke 28. Da letztere kreisbogenförmig ist und die Schwenkachse 15 als Mittelpunkt hat, wird die Steuerscheibe 14 nicht mehr mitgenommen, wenn die Steuerscheibe 13 weiter in Richtung der Nullstellung schwenkt.Fig. 4 zeigt das Endergebnis dieser Verstellung: die Steuerscheibe 13 hat die Nullstellung erreicht, wohingegen die Steuerscheibe 14 in der inFig. 3 gezeigten Orientierung, beim Schwenkwinkel αmin, stehen geblieben ist. - Wie man leicht sieht, ist bei den beiden oben betrachteten hydrostatische Maschine der Abstand zwischen den von den Gleitschuhen 11 berührten Oberflächen der beiden Steuerscheiben 13, 14 gleich dem Abstand der Schwenkachsen 15, 16 und unabhängig von der Orientierung der Scheiben, da die Schwenkachsen 15, 16 die Längsachse 12 kreuzend entlang der jeweils den Kolben 9 zugewandten Oberfläche der Steuerscheiben 13, 14 verlaufen. Dementsprechend ist auch die Gesamtmenge des Öls in den zylinderbohrungen 7, 8 der beiden Axialkolbeneinheiten 5, 6 unabhängig von der Orientierung der Steuerscheiben 13, 14, und Verluste, die auf eine, wenn auch geringe, Kompressibilität des in den Zylinderbohrungen 7, 8 zirkulierenden Hydrauliköls zurückgehen, sind unabhängig von der Orientierung der Steuerscheiben 13, 14. Im Gegensatz hierzu ist der entlang der Längsachse gemessene Abstand zwischen den Oberflächen der einzigen Steuerscheibe gemäß
DE 10 2007 022 022 A1 am geringsten, wenn sich diese in ihrer Neutralstellung befindet. Auf die Kompressibilität des Hydrauliköls zurückgehende Verluste sind daher bei der herkömmlichen hydrostatischen Maschine nahe der Neutralstellung besonders groß. Die voneinander getrennten, aber gekoppelten Steuerscheiben 13, 14 gemäß der Erfindung erlauben es, diesen Nachteil zu vermeiden. -
Fig. 5 zeigt eine zuFig. 2 analoge Ansicht einer hydrostatischen Maschine gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Das Gehäuse der Maschine und die Axialkolbeneinheiten 5, 6 sind die gleichen wie in den zuvor betrachteten Ausgestaltungen und werden nicht erneut beschrieben. Eine zur Zeichnungsebene senkrechte, entlang der Längsachse 12 verlaufende Ebene 29 teilt die beiden Steuerscheiben 13, 14 jeweils in zwei Hälften, eine der zugehörigen Axialkolbeneinheit 5 bzw. 6 zugewandte Hälfte 13' bzw. 14' und eine von ihr abgewandte Hälfte 13" bzw. 14". Die Schwenkachsen 15, 16 sind parallel versetzt zu der besagten Ebene 29 und befinden sich jeweils auf derselben Seite der Ebene 29 wie die den Axialkolbeneinheiten zugewandten Hälften 13' bzw. 14' der Steuerscheiben. Die Schwenkachsen 15, 16 kreuzen jeweils die Längsachse einer Zylinderbohrung 7 bzw. 8, deren (im Falle der Axialkolbeneinheit 6 nicht dargestellter) Kolben 9 sich an seinem oberen Totpunkt befindet. An diesem oberen Totpunkt ist das Volumen des betreffenden Zylinders praktisch Null, und es ändert sich nicht in Abhängigkeit von der Orientierung der Steuerscheibe 13 bzw. 14. Infolge dessen sind durch die Kompressibilität des Hydrauliköls bedingte Effizienzverluste bei dieser Ausgestaltung vernachlässigbar. - An den Rändern der Steuerscheibe 13 sind zwei sich gegenüber liegende Platten 30 angeordnet, von denen in den Ansichten der
Fig. 5 bis 7 jeweils eine die andere verdeckt. Die Platten 30 weisen jeweils ein Langloch 31 auf. In die Langlöcher 31 greift jeweils ein von den Seiten der Steuerscheibe 14 abstehender zylindrischer Vorsprung 32 ein.Fig. 5 zeigt die Steuerscheiben 13, 14 in einer maximal geneigten Anschlagstellung, wiederum mit einer Schrägstellung von αmax, in der sich der Vorsprung 32 an einem Ende des Langlochs 31 befindet. Ausgehend von diesem Ende ist der Verlauf des Langlochs 31 zunächst durch die Anforderung diktiert, dass die beiden Steuerscheiben 13, 14 stets parallel zueinander schwenken sollen. -
Fig. 6 zeigt die Steuerscheiben 13, 14 mit der geringst möglichen Schrägstellung αmin, die die Steuerscheibe 14 erreichen kann. Wie man sieht, hat der Vorsprung 32 in dieser Stellung noch nicht das entgegengesetzte Ende des Langlochs 31 erreicht. Der Abschnitt 33 des Langlochs 31, der sich von der inFig. 6 gezeigten Position des Vorsprungs 32 bis zum entgegengesetzten Ende des Langlochs 31 erstreckt, ist ein Kreisbogen, dessen Mittelpunkt mit der Schwenkachse 15 zusammenfällt. Infolgedessen folgt die Steuerscheibe 14 einer Schwenkbewegung der Steuerscheibe 13 nicht mehr, wenn diese über die inFig. 6 gezeigte Stellung hinaus der Nullstellung zustrebt. So ergibt sich die inFig. 7 gezeigte Konfiguration, bei der sich die Steuerscheibe 13 in Nullstellung, orthogonal zur Längsachse 12, befindet, während die Steuerscheibe 14 nach wie vor die Schrägstellung αmin aufweist. -
- 1
- Stirnwand
- 2
- Stirnwand
- 3
- Bohrung
- 4
- Bohrung
- 5
- Axialkolbeneinheit
- 6
- Axialkolbeneinheit
- 7
- Zylinderbohrung
- 8
- Zylinderbohrung
- 9
- Kolben
- 10
- Kugelgelenk
- 11
- Gleitschuh
- 12
- Längsachse
- 13
- Steuerscheibe
- 14
- Steuerscheibe
- 15
- Schwenkachse
- 16
- Schwenkachse
- 17
- Stange
- 18
- Zylinder
- 19
- Zylinder
- 20
- Kolben
- 21
- Absperrventil
- 22
- 23
- Leitung
- 24
- Absperrventil
- 25
- Absperrventil
- 26
- Stütze
- 27
- Kontaktblock
- 28
- Flanke
- 29
- Ebene
- 30
- Platte
- 31
- Langloch
- 32
- Vorsprung
- 33
- Abschnitt
Claims (10)
- Hydrostatische Maschine mit einer ersten und einer zweiten Axialkolbeneinheit (5, 6), die koaxial angeordnet sind und mit einer verstellbaren Steuerscheibe (13, 14) zusammenwirkende Kolben (9) aufweisen, wobei der ersten Axialkolbeneinheit (5) eine erste Steuerscheibe (13) und der zweiten Axialkolbeneinheit (6) eine zweite Steuerscheibe (14) zugeordnet ist, und die erste und zweite Steuerscheibe (13, 14) durch einen Kopplungsmechanismus (17-25; 26-28; 30-33) um zueinander parallele Achsen (15, 16) schwenkbar mechanisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerscheiben (13, 14) durch den Kopplungsmechanismus (17-25; 26-28; 30-33) parallel zueinander gehalten sind.
- Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Axialkolbeneinheiten (5, 6) drehfest miteinander verbunden sind, dass wenigstens die Schwenkachse (15) der ersten Steuerscheibe (13) gegen die gemeinsame Längsachse (12) der Axialkolbeneinheiten (5, 6) versetzt ist, und dass der Abstand der Steuerscheiben (13, 14) in axialer Richtung um so größer ist, je kleiner ihre Schrägstellung ist.
- Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang der gemeinsamen Achse (12) der Axialkolbeneinheiten (5, 6) verlaufende Ebene (29) wenigstens die erste Steuerscheibe (13) in eine der ersten Axialkolbeneinheit (5) zugewandte (13') und eine von der ersten Axialkolbeneinheit (5) abgewandte Hälfte (13") teilt und eine Schwenkachse (15) der ersten Steuerscheibe (13) auf derselben Seite der Ebene (29) liegt wie die der ersten Axialkolbeneinheit (5) zugewandte Hälfte (13').
- Hydrostatische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (15) der ersten Steuerscheibe (13) entlang einer der ersten Axialkolbeneinheit (5) zugewandten Oberfläche der ersten Steuerscheibe (13) verläuft.
- Hydrostatische Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse eines sich am oberen Totpunkt befindenden Zylinders (8, 9) der ersten Axialkolbeneinheit (5) die Schwenkachse (15) der ersten Steuerscheibe (13) kreuzt.
- Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus (26-28; 30-33) eine Stütze (26; 30) umfasst, die sich zwischen der ersten und der zweiten Steuerscheibe (13, 14) erstreckt und angeordnet ist, um von einer der Axialkolbeneinheiten (5; 6) auf die zugeordnete Steuerscheibe (13; 14) ausgeübte Kraft auf die andere Steuerscheibe (14; 13) weiterzuleiten.
- Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus eine an einer der Steuerscheiben (13) feste Kurvenbahn (31) und einen an der anderen Steuerscheibe (14) festen, entlang der Kurvenbahn (31) bewegbaren Anschlag (32) umfasst.
- Hydrostatische Maschine, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (31) einen auf die Schwenkachse (15) der einen Steuerscheibe (13) zentrierten Kreisbogenabschnitt (33) aufweist.
- Hydrostatische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus ein Zahnradgetriebe oder ein Gelenkgetriebe umfasst.
- Hydrostatische Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Steuerscheiben (13; 14) eine größere Schwenkbewegungsfreiheit als die andere Steuerscheibe (14; 13) hat, und dass die Schwenkbewegungsfreiheit der einen Steuerscheibe (13; 14) eine Nullstellung einschließt.
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