EP2531721A2 - Axialkolbenmaschine und steuerspiegel - Google Patents

Axialkolbenmaschine und steuerspiegel

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Publication number
EP2531721A2
EP2531721A2 EP11701017A EP11701017A EP2531721A2 EP 2531721 A2 EP2531721 A2 EP 2531721A2 EP 11701017 A EP11701017 A EP 11701017A EP 11701017 A EP11701017 A EP 11701017A EP 2531721 A2 EP2531721 A2 EP 2531721A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
field
relief
axial piston
control
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11701017A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Josef Kopecki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2531721A2 publication Critical patent/EP2531721A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/12—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
    • F04B1/26—Control
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • 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
    • F03C1/0636—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 having rotary cylinder block
    • F03C1/0644—Component parts
    • F03C1/0647—Particularities in the contacting area between cylinder barrel and valve plate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • 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
    • F03C1/0636—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 having rotary cylinder block
    • F03C1/0644—Component parts
    • F03C1/0655—Valve means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2021—Details or component parts characterised by the contact area between cylinder barrel and valve plate
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    • F04B1/20—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
    • F04B1/2014—Details or component parts
    • F04B1/2042—Valves

Definitions

  • the invention relates to an axial piston machine according to the preamble of
  • Claim 1 and suitable for such axial piston machine control mirror.
  • Axial piston machine is preferably designed to be adjustable and has a
  • Cylinder drum in which a plurality of cylinder bores is formed, in which pistons are guided axially displaceable.
  • end portions of the pistons abut against a swash plate, the
  • Swivel angle for adjusting the delivery / absorption volume can be made adjustable.
  • Each of the pistons delimits a cylindrical space in sections, which can be connected alternately to a high-pressure and low-pressure connection formed in a connecting plate via a control mirror abutting the cylindrical drum during rotation of the cylindrical drum.
  • Such axial piston machine can both as a hydraulic pump and as
  • the cylinder drum is pressed with a comparatively high force against the fixed control mirror, so that during operation of the
  • Axial piston machine carried out on the end face of the cylinder drum an axial projection, whose end face is subjected to high pressure, so that the
  • Cylinder drum is hydrostatically supported on the control mirror.
  • the face of the Ring projection thus acts as a relief field, which counteracts the contact force of the cylinder drum and thus reduces wear.
  • the relief fields are formed in different geometry as a pressure medium acted projections or grooves.
  • the cylinder drum may already lift off the control plate at low rotational speeds and thus cause a malfunction of the axial piston engine come.
  • the discharge field for a motor is smaller than that for a pump.
  • Operating conditions can be used as a motor.
  • the present invention seeks to provide an axial piston machine, which in wide operating ranges both as a motor and as a pump can be used.
  • Another object of the invention is to provide a control plate suitable for such an axial piston machine.
  • the axial piston machine has a rotatably mounted cylinder drum, in which a plurality of cylinder chambers is formed, which is bounded in each case by a piston.
  • the cylinder drum is located on the front side of a control mirror, via which the cylinder chambers during rotation alternately with high or low pressure can be connected. In the contact area between the cylinder drum and the
  • Control mirror is a relief field for reducing the surface pressure between the cylinder drum and control mirror provided. According to the invention this
  • control unit is designed with a switchable or continuously adjustable valve device via which the Relief field with low pressure, with high pressure or other pressure can be acted upon to provide the desired discharge.
  • a main relief field is provided in addition to the controllable discharge field, wherein the discharge field is switched without pressure in engine operation.
  • the sum of the effective areas of the relief field and the main relief field is slightly larger than that
  • these relief surfaces are formed on the control mirror. This has the advantage that the relief surface does not rotate and thus is stationary with respect to the high-pressure region, so that asymmetric relief field geometries can be realized, which are designed with regard to the optimal discharge.
  • Control mirror is executed, in which the high-pressure and low-pressure control kidneys open.
  • the relief field may then be arranged radially offset from the high-pressure control.
  • the pressure medium connection between main relief field and discharge field can also be done externally via the valve device.
  • each direction of rotation can be assigned a discharge field, which are then preferably arranged diametrically opposite each other.
  • control device with a device for detecting the pressure fluid flow direction and the position of the
  • control device can be detected whether the hydraulic machine runs in pump mode or in engine operation and then according to the discharge field with high pressure or low pressure are applied to control the appropriate discharge.
  • Another advantage of the invention is that the relief force can be steplessly controlled by appropriate pressure control and design of the relief surfaces, so that a leakage oil flow, the efficiency of
  • Hydraulic machine the wear of the hydraulic machine and the unwanted lifting of the cylinder in the sense of a "Condition Monitoring" monitored and the hydraulic machine can be controlled accordingly.
  • a cylinder lift-off protection can also be realized via the controllable relief field so that housing pressure peaks can be reduced or prevented.
  • Figure 1 is a schematic longitudinal section through an adjustable
  • Figure 2 is a control mirror of the axial piston machine of Figure 1 in a plan view and a sectional side view;
  • Figure 3 is a circuit diagram for controlling a discharge field of the control mirror of Figure 2;
  • Figure 4 shows a variant of a control mirror with appropriate control of
  • Figure 5 is a modification of the embodiment of Figure 4.
  • Figure 6 shows a variant of the embodiment of Figure 3 for the realization of a Zylinderabhebêt
  • Figure 7 shows a control mirror with two controllable discharge fields
  • FIG. 8 shows an electro-hydraulic control with the function of the embodiment of FIG. 7.
  • Figure 1 shows a highly simplified sectional view of an axial piston machine of the type A10VO, the structure of which is explained only to the extent necessary for the understanding of the invention.
  • the axial piston machine 1 according to FIG. 1 shows a highly simplified sectional view of an axial piston machine of the type A10VO, the structure of which is explained only to the extent necessary for the understanding of the invention.
  • the axial piston machine 1 according to FIG. 1 shows a highly simplified sectional view of an axial piston machine of the type A10VO, the structure of which is explained only to the extent necessary for the understanding of the invention.
  • the axial piston machine 1 according to FIG. 1 shows a highly simplified sectional view of an axial piston machine of the type A10VO, the structure of which is explained only to the extent necessary for the understanding of the invention.
  • the axial piston machine 1 according to FIG. 1 shows a highly simplified sectional view of an axial piston machine of the type A10VO, the structure of which is explained only to the extent necessary for the understanding of the invention.
  • the axial piston machine 1 has an engine 2 with a cylinder drum 4, in whose cylinder bores 6 each have a piston 8 is guided axially displaceable. Each piston 8 defines with the cylinder bore 6 a cylinder space 10.
  • End face 12 of the cylinder drum 4 is supported on a control plate 14, via whose high-pressure control kidneys 16 and low-pressure control kidneys 18 the cylinder chambers 10 alternate with one executed in a connection plate 20
  • High pressure port 22 and low pressure port 24 are connectable.
  • the engine 2 further has a shaft 26, depending on the operating mode as
  • the shaft 26 is rotatably connected to the cylinder drum 4 and mounted on a bearing assembly 28, for example, angular contact bearings in a housing 30 of the axial piston machine 1, the front side by the
  • Connection plate 20 is closed.
  • a piston foot 34 of each piston 8 is spherical and hingedly connected to a shoe 36, which slides on the obliquely inclined swash plate 32.
  • the adjustment of the angle of attack of the swash plate 32 and thus the stroke of the piston 8 is adjusted via an adjusting device 38, which consists essentially of a control cylinder 40 and a return device 42. The latter acts on the swash plate 32 in the direction of its maximum adjustment angle.
  • the adjustment of the swash plate 32 is carried out by pressurizing the actuating cylinder 40, so that the delivery / absorption volume can be adjusted by dividing the swash plate 32 in a position radially to the shaft axis to 0.
  • Swash plate 32 runs in pump mode. By pivoting the swash plate 32 beyond 0, then the pump operation can be adjusted, this
  • FIG. 2 shows a plan view of the cylinder drum 4 ago on an embodiment of the control mirror 14, as it is used in a construction according to Figure 1.
  • FIG. 2 shows a section along the line A-A, this sectional view not showing a true-to-scale view but being exaggerated in the vertical direction in relation to the real design in order to facilitate understanding.
  • the control mirror 14 is annular and surrounds with his
  • Terminal plate 20 is connected to the ND terminal 24.
  • Embodiment 5 five spaced apart HD-Steuoscopic 16
  • Transition region between the LP control kidney 18 and the web 46 and the HD control kidney 16 and the web 48 is formed in each case a damping slot 50 and 52, via which the Um tenuvorgang in the region of the webs 46, 48 is attenuated.
  • the pistons are in their upper and lower dead center.
  • annular projection 54 is formed in the region formed by the kidneys 16, 18, whose annular end face 56 forms a main relief field 56, along which the end face 12 of the cylinder drum 4 slides.
  • a relief field 58 projecting towards the cylinder drum 4 is formed in the region of the outer circumference of the control plate 14, which in the illustrated variant is designed as an approximately rectangular, slightly curved frame structure which encompasses a pocket 60.
  • the axial height of the relief field 58 corresponds to the axial height of the main relief field 56, so that the end face 12 of the cylinder drum 4 also slides along the relief field 58.
  • a pressure medium supply for the pocket 60 is indicated by a point 62.
  • a pressure medium supply for the pocket 60 is indicated by a point 62.
  • This relief is essentially determined by the annular surface of the projection 54, so that a comparatively simple adjustment of the unloading force by variation of the inner and outer diameter of the projection 54 is possible.
  • the much smaller relief surface 58 can also be acted upon by the indicated own pressure medium supply 62 or by the pressure medium connection to the main relief field 56 with high pressure, so that this much smaller discharge field also contributes to the relief of the cylinder drum 4.
  • the relief field 58 via a suitable
  • Valve device are switched depressurized in engine operation, so that then only the main relief field 56 contributes to cylinder relief and thus the above-mentioned lifting the cylinder drum 4 can be avoided.
  • FIG. 3 shows a variant in which the pressure applied to the HP control 16 is picked off via a supply channel 64 between a constant throttle 66 and an adjustable throttle 72 (pressure divider), which are connected in series.
  • the pressure in the supply line 64 which leads to the relief field 58 more precisely into the pocket 60 gripped by the latter, can be adjusted.
  • This pressure may correspond to the high pressure (variable throttle 72 is fully closed) or may occupy almost any pressure that is less than the high pressure and greater than the low pressure ND.
  • the pressure in the supply channel 64 can be displayed via a pressure indicator 68.
  • a discharge channel 70 which is connected to a low-pressure pressure chamber leading ND and in which the variable throttle 72 is arranged.
  • a relief valve 74 is arranged, which is designed in this embodiment as a 2/2-way valve and is biased by a spring into an open position and mechanically switchable to a blocking position to the
  • FIG. 1 A concrete solution to this concept is shown in dashed lines in FIG.
  • the return cylinder 42 is extended in the pump operation in the direction "-a" in Figure 1.
  • the swash plate 32 is pivoted on retraction of the return cylinder 32 in the direction "-a”.
  • a piston 41 retracts.
  • the cylinder-side end portion of the piston 41 is shown in dashed lines in the illustration in FIG. Its end face 43 is limited inside the
  • Supply channels 64 is shut off to the HD. D. h., The piston 41 of the
  • Restoring cylinder 42 takes over in cooperation with the radial bore 47, the function of the switching valve shown in Figure 3 74.
  • the pressure medium connection of the relief field 58 is interrupted to high pressure and the pressure medium can flow through the relief throttle 72 to the low pressure.
  • the above-described channels 64, 70 may be formed in any way in the control mirror 14, the cylinder drum 4, the connection plate 20 or in the housing 30. Of course, it is also possible to perform the switching of the relief valve 74 in other ways, for example electrically / electro-hydraulically via a controller.
  • FIG 4 shows an embodiment of the control mirror 14, in which the
  • Main discharge field 56 is connected directly to the discharge field 58, i.
  • the right in Figure 2 right inner circumferential wall of the frame-shaped relief field 58 coincides with the corresponding portion of
  • the discharge channel 70 opens in this variant directly into the pocket 60 a.
  • the pocket 60 is filled with pressure medium over the region of the relief field 58 which faces the high pressure side. The pressure medium discharge takes place over the
  • the relief valve 74 is disposed in the discharge channel 70 in this embodiment and biased by the spring in a locking position to the
  • Relief field 58 to be pressurized in pump mode with high pressure.
  • the relief valve 74 is switched to the open position, so that the
  • Relief field 58 is relieved of pressure, while the main relief field 56 continues to be acted upon by the HD-Steu Schlieren 16 high pressure.
  • an electrically or electro-hydraulically operated relief valve 74 may be used. This is in the illustrated embodiment, a proportionally adjustable pressure limiting valve for controlling the pressure in the discharge channel 70 and thus the discharge field 58. Of course, such a proportionally adjustable control valve can also be used in the other solutions described here.
  • Control mirror 14 In this case, the cylinder drum 4 tilts due to the frictional forces of the extending piston 8 on the low pressure side to the high pressure side, i. 2, 3 and 4 left side of the control mirror 14. This tilting movement is mitigated by the relief effective at pump discharge area 58, so that the cylinder drum 4 is hydrostatically supported and thus the Abhebeloomiere is shifted upwards.
  • FIG. 6 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG. In this variant, the supply channel 64 via a message channel 80 on the
  • the hydraulic units which are preferably designed as constant units, are operated in 4-quadrant operation. This means that when reversing high-pressure and low-pressure side at the connections of the hydraulic machine and also change according to the flow direction in the hydraulic machine. For the solution according to the invention this requires, accordingly, to detect the flow direction and the high-pressure / low-pressure side and, depending on these characteristics, the
  • FIG. 7 shows a hydraulic embodiment of such a solution.
  • the control mirror 14 with two diametrically opposed discharge fields 58a, 58b executed, the basic structure of the
  • control kidney arranged on the right in the figures is not a comparatively long circle segment section but like the HD control kidneys 16 by a plurality of smaller spaced-apart ones
  • 58a depressurized. This can be done for example by a circuit according to Figure 7, which has a symmetrical structure.
  • the control kidneys 16, 18 are connected via the connection plate 20 shown in Figure 1 with the two terminals A, B, said pressure medium connection via channels 84, 86 takes place, in which respective apertures 88, 90 are arranged.
  • the pressure in the channels 84, 86 is fed to the inputs of a shuttle valve 91, whose Output is connected to the supply channel 64, in which the throttle 66 is arranged.
  • the supply channel 64 branches into two supply channel branches 64a, 64b, which each lead to the inlet of a relief valve 74a, 74b. This is designed as a 3/2-way valve, wherein an output terminal A via a channel portion 92 a, 92 b with the respective
  • Relief field 58a, 58b or more specifically the embraced pocket 60a, 60b is connected.
  • the third port T is connected to the low pressure ND.
  • the relief valve 74a, 74b is biased to a home position in which the
  • Pressure port P is shut off and the channel portion 92 a, 92 b is connected to the low pressure ND (tank).
  • the two relief valves 74a, 74b are each acted upon by the pressure in the associated channel 84, 86, which is tapped off via a control line 96a, 96b.
  • bypass passage 98 a, 98 b which bypasses the respective aperture 88, 90 and in which a pilot-operated check valve 100 a, 100 b is arranged, by the pressure in the other Bypass channel 98b, 98a is unlocked.
  • the check valve 100a, 100b allows fluid flow toward the ports A and B, respectively, bypassing the respective orifice 88, 90.
  • Bypass channels 98a, 98b in the working channel 84, 86 is tapped via a control channel 102a, 102b and reported to a closing direction effective control surface of the other relief valve 74a, 74b.
  • the supply channel 64 is connected to the low pressure ND (tank) downstream of the branch to the channel sections 64a, 64b via the variable throttle 72.
  • the axial piston machine 1 runs in the pump mode, wherein the high pressure is applied to the port A and the port B is the suction side (ND). Due to the higher pressure in the channel 84, the relief valve 74 a is switched to its passage position in which the supply channel section 64 a with the Channel section 92a is connected. The pressure medium can then from the high pressure side via the shuttle valve 91, the supply channel 64 and the
  • controlled check valve 100b is applied to both sides of the relief valve 74b, the same control pressure, so that it is biased by the force of the spring in its basic position in which the relief field 58b is relieved to the ND out.
  • the direction of flow is detected by the pressure drop across the orifice 88 (or 90).
  • Pressure side changes and flow direction changes (pump / motor) designed.
  • the relief surfaces 58 a, 58 b are controlled.
  • FIG. 8 shows an electrohydraulic solution with respect to FIG.
  • the structure of the control mirror 14 is the same as in the embodiment of FIG. 7, i. two relief fields 58a, 58b are provided and the high-pressure or low-pressure side control kidneys 16, 18 are implemented by a total of five comparatively small kidneys located on a common pitch circle. Depending on the mode of operation of the axial piston machine, these relief fields 58a, 58b can be controlled via a controller.
  • the ports A, B are again connected via channels 84, 86 in the connection plate 20 with the high pressure side and the low pressure side.
  • the pressure in these two Ducts 84, 86 is applied to the inputs of the shuttle valve 91, whose output is connected via the supply channel 64 and the throttle 66 to the supply channel branches 64a, 64b, which lead to one of the discharge fields 58a, 58b.
  • the supply channel branches 64a, 64b are connected to the ND via the discharge channel 70 and the variable throttle 72.
  • electrohydraulically adjustable relief valve 74a, 74b provided in
  • Operating mode is controlled to pressurize or relieve the respective discharge field 58a, 58b with pressure.
  • the activation of the relief valves 74a, 74b can also take place in order to prevent tilting or lifting of the cylinder drum 4 or at least into higher ones
  • the two relief valves 74a, 74b are also designed as 2/2-way valves, the relief fields 58a, 58b are placed in the spring-biased home position of these relief valves 74a, 74b to low pressure. In line with each
  • Relief valve 74a, 74b, a 2/2-way switching valve 102a, 102b is provided, which is biased into a closed position and which is switchable via the pressure in the channels 84, 86. This pressure is tapped via a control channel 104a, 104b.
  • the switching valve 102a is switched and the relief field 58a is changed over the shuttle valve 91, the throttle 66, the supply port 64, the
  • Supply channel section 64a as well as the controlled via the control
  • the flow direction of the pressure medium is on the direction of rotation of the
  • Cylinder drum 4 determined. This is detected by a suitable sensor and reported to the controller, so that these depending on the direction of rotation or more specifically, from the fluid flow direction and operating state, it can deliver an appropriate signal to the supply valves 74a, 74b.

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Abstract

Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine mit einem in Abhängigkeit vom Betriebsmodus steuerbaren Entlastungsfeld.

Description

Beschreibung
Axialkolbenmaschine und Steuerspiegel
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 und einen für eine derartige Axialkolbenmaschine geeigneten Steuerspiegel.
Der Grundaufbau derartiger Axialkolbenmaschinen ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem von der Bosch Rexroth AG heraus gegebenen Datenblatt RD 92 711/10.07 (Verstellpumpe A10VSO) bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente erläutert werden. Eine derartige
Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise verstellbar ausgeführt und hat eine
Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet ist, in denen Kolben axial verschiebbar geführt sind. Bei Axialkolbenmaschinen des oben genannten Typs liegen Endabschnitte der Kolben an einer Schrägscheibe an, deren
Schwenkwinkel zur Einstellung des Förder-/Schluckvolumens verstellbar ausgeführt sein kann. Die Kolben begrenzen jeweils abschnittsweise einen Zylinderraum, der über einen stirnseitig an der Zylindertrommel anliegenden Steuerspiegel während der Rotation der Zylindertrommel alternierend mit in einer Anschlussplatte ausgebildeten Hochdruck- und einem Niederdruckanschluß verbindbar ist.
Eine derartige Axialkolbenmaschine kann sowohl als Hydropumpe als auch als
Hydromotor betrieben werden. Aufgrund des Funktionsprinzips derartiger
Axialkolbenmaschinen wird die Zylindertrommel mit einer vergleichsweise hohen Kraft gegen den feststehenden Steuerspiegel gepresst, so dass beim Betrieb der
Axialkolbenmaschine im Anlagebereich ein erheblicher Verschleiß erfolgen kann. Zur Verringerung dieses Verschleißes ist bei der aus dem Datenblatt bekannten
Axialkolbenmaschine an der Stirnfläche der Zylindertrommel ein Axialvorsprung ausgeführt, dessen Stirnfläche mit Hochdruck beaufschlagbar ist, so dass die
Zylindertrommel hydrostatisch am Steuerspiegel abgestützt ist. Die Stirnfläche des Ringvorsprungs wirkt somit als Entlastungsfeld, das der Anpresskraft der Zylindertrommel entgegen wirkt und somit den Verschleiß verringert.
Derartige Entlastungsfelder sind auch in den Druckschriften DE AS 1 126 735, DE AS 1 291 632, DE PS 941 246, DE AS 1 528 471 und DE 195 39 442 A1 offenbart.
Bei diesen Lösungen sind die Entlastungsfelder in unterschiedlicher Geometrie als Druckmittel beaufschlagte Vorsprünge oder Nuten ausgebildet.
Werden derartige Axialkolbenmaschinen als Pumpe betrieben, so wird die oben genannte Anpresskraft der Zylindertrommel an den Steuerspiegel durch die Reibkräfte der das druckbeaufschlagte Druckmittel ausschiebenden Kolben verstärkt. Beim Betrieb als Motor werden die Kolben durch den Hochdruck vom Steuerspiegel weg bewegt, so dass diese Reibkräfte entgegen der auf den Zylinder wirkenden Anpresskraft wirkt, so dass diese verringert ist.
Legt man nun die Wirkfläche der Entlastungsfelder auf den Pumpenbetrieb aus, so kann es beim Motorbetrieb aufgrund der zusätzlichen Entlastung durch die sich von dem Steuerspiegel weg bewegenden Kolben bereits bei niedrigen Drehzahlen zu einem Abheben der Zylindertrommel vom Steuerspiegel und somit zu einer Fehlfunktion des Triebwerks der Axialkolbenmaschine kommen. Um derartige Fehler auszuräumen, sind je nach Bestimmung der Axialkolbenmaschine Zylindertrommeln mit unterschiedlichen Entlastungsfeldern vorgesehen, wobei das Entlastungsfeld für einen Motor kleiner ist als dasjenige für eine Pumpe ist.
Eine derartige Lösung hat zum einen den Nachteil, dass für jede Maschine
unterschiedliche Zylindertrommeln bereit gehalten werden müssen und dass eine für den Pumpenbetrieb ausgelegte Hydromaschine nicht oder nur in bestimmten
Betriebszuständen als Motor verwendet werden kann.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, die in weiten Betriebsbereichen sowohl als Motor als auch als Pumpe einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen für eine derartige Axialkolbenmaschine geeigneten Steuerspiegel zu schaffen.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Axialkolbenmaschine durch die
Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf die Steuerscheibe durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 11 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß hat die Axialkolbenmaschine eine drehbar gelagerte Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Zylinderräumen ausgebildet ist, die jeweils durch einen Kolben begrenzt ist. Die Zylindertrommel liegt stirnseitig an einem Steuerspiegel an, über den die Zylinderräume während der Rotation alternierend mit Hoch- oder Niederdruck verbindbar sind. Im Anlagebereich zwischen der Zylindertrommel und dem
Steuerspiegel ist ein Entlastungsfeld zur Verringerung der Flächenpressung zwischen Zylindertrommel und Steuerspiegel vorgesehen. Erfindungsgemäß kann dieses
Entlastungsfeld in Abhängigkeit vom Betriebsmodus der Axialkolbenmaschine
(Pumpe/Motor) drucklos geschaltet oder der das Entlastungsfeld beaufschlagende Druck reduziert werden.
Durch diese Maßnahme kann der Entlastungsdruck auf einfache Weise in Abhängigkeit vom Betriebsmodus (Pumpe/Motor) verändert werden, so dass das eingangs
beschriebene Abheben der Zylindertrommel vom Steuerspiegel beim Motorbetrieb nicht zu befürchten ist und andererseits auch beim Pumpenbetrieb eine übermäßige
Flächenpressung und damit ein vorzeitiger Verschleiß der Zylindertrommel oder des Steuerspiegels verhindert werden kann. Dieses Umsteuern kann auch während des Betriebs der Axialkolbenmaschine erfolgen, so dass diese in einem Regenerativsystem betrieben werden kann, in der die Maschine im 4-Quadrantenbetrieb betrieben ist, in dem die Strömungsrichtung des Druckmittels und die Hoch- und Niederdruckseite wechseln können.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit mit einer schaltbaren oder stetig verstellbaren Ventileinrichtung ausgeführt, über die das Entlastungsfeld mit Niederdruck, mit Hochdruck oder einem sonstigen Druck beaufschlagbar ist, um die gewünschte Entlastung bereit zu stellen.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist neben dem steuerbaren Entlastungsfeld ein Hauptentlastungsfeld vorgesehen, wobei das Entlastungsfeld im Motorbetrieb drucklos geschaltet wird.
Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn die Summe der Wirkflächen des Entlastungsfelds und des Hauptentlastungsfelds etwas größer als die
druckbeaufschlagte Gesamtfläche der Kolben der Axialkolbenmaschine ist und diese Kolbengesamtfläche wiederum größer als die Wirkfläche des Hauptentlastungsfelds ausgeführt ist. Durch diese Flächenverhältnisse ist sichergestellt, dass im Betrieb als Motor keine übermäßige Entlastung erfolgt und im Pumpenbetrieb eine hinreichende Entlastung vorliegt.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind diese Entlastungsflächen am Steuerspiegel ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Entlastungsfläche nicht umläuft und somit in bezug zum Hochdruckbereich stationär ist, so dass auch asymmetrische Entlastungsfeldgeometrien realisierbar sind, die im Hinblick auf die optimale Entlastung ausgelegt sind.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Hauptentlastungsfeld als Ringvorsprung am
Steuerspiegel ausgeführt ist, in dem die Hochdruck- und Niederdruck-Steuernieren münden. Das Entlastungsfeld kann dann radial versetzt zu den Hochdruck-Steuernieren angeordnet sein.
Durch eine radial außen liegende Anordnung des Entlastungsfelds kann neben der Verringerung der Flächenpressung noch ein Kippen der Zylindertrommel im
Pumpenbetrieb verhindert oder zumindest auf höhere Drehzahlen verlagert werden. Dieses Kippen ist ein bekanntes Phänomen, wobei bei hohen Drehzahlen und niedrigem Druck der Zylinder im Pumpenbetrieb vom Steuerspiegel abhebt und dann aufgrund des höheren Drucks im Bereich der Hochdruckseite kippt. Zur Erhöhung der Abhebedrehzahl ist bei der im RD-Datenblatt beschriebenen Axialkolbenmaschine am Zylinder ein Stützrand eingeführt, der den Drehpunkt zum Kippen des Zylinders weiter nach außen verlagert, so dass dieser besser abgestützt ist. Durch das radial außen liegende Entlastungsfeld kann die Funktion des Stützrandes mit übernommen werden, so dass ein Kippen des Zylinders verringert oder zumindest in höhere Drehzahlbereiche verschoben wird.
Die Druckmittelversorgung des Entlastungsfelds erfolgt vorzugsweise über das
Hauptentlastungsfeld oder über eine eigene Druckmittelversorgung.
Die Druckmittelverbindung zwischen Hauptentlastungsfeld und Entlastungsfeld kann auch extern über die Ventileinrichtung erfolgen.
Bei Hydromaschinen, die im 4-Quadrantenbetrieb eingesetzt werden sollen, kann jeder Drehrichtung ein Entlastungsfeld zugeordnet sein, die dann vorzugsweise diametral zueinander angeordnet sind.
Zur optimalen Steuerung der Entlastungsfelder kann die Steuereinrichtung mit einer Einrichtung zur Erfassung der Druckmittelströmungsrichtung und der Lage der
Hochdruckseite ausgeführt sein. Durch diese Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann erfasst werden, ob die Hydromaschine im Pumpenbetrieb oder im Motorbetrieb läuft und dann entsprechend das Entlastungsfeld mit Hochdruck oder Niederdruck beaufschlagt werden, um die geeignete Entlastung zu steuern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Entlastungskraft durch entsprechende Drucksteuerung und Auslegung der Entlastungsflächen stufenlos gesteuert werden kann, so dass ein Leckölstrom, der Wirkungsgrad der
Hydromaschine, der Verschleiß der Hydromaschine und das unerwünschte Abheben des Zylinders im Sinne eines„Condition Monitoring" überwacht und die Hydromaschine entsprechend gesteuert werden kann.
Wie im Weiteren noch näher erläutert wird, kann über das steuerbare Entlastungsfeld auch eine Zylinderabhebesicherung realisiert werden, so dass Gehäusedruckspitzen reduziert oder verhindert werden können. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine verstellbare
Axialkolbenmaschine;
Figur 2 einen Steuerspiegel der Axialkolbenmaschine aus Figur 1 in einer Draufsicht und einer geschnittenen Seitenansicht;
Figur 3 einen Schaltplan zur Steuerung eines Entlastungsfelds des Steuerspiegels aus Figur 2;
Figur 4 eine Variante eines Steuerspiegels mit entsprechender Steuerung des
Entlastungsfelds;
Figur 5 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels aus Figur 4;
Figur 6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 zur Realisierung einer Zylinderabhebesicherung;
Figur 7 einen Steuerspiegel mit zwei steuerbaren Entlastungsfeldern und
entsprechender Steuerung und
Figur 8 eine elektrohydraulische Steuerung mit der Funktion des Ausführungsbeispiels aus Figur 7.
Figur 1 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung einer Axialkolbenmaschine des Typs A10VO, deren Aufbau hier nur soweit erläutert wird, wie es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Die Axialkolbenmaschine 1 gemäß Figur 1 ist in
Schrägscheibenbauart ausgeführt. Prinzipiell ist die Erfindung auch auf andere Bauarten, wie beispielsweise eine Schrägachseneinheit übertragbar. Die Axialkolbenmaschine 1 hat ein Triebwerk 2 mit einer Zylindertrommel 4, in deren Zylinderbohrungen 6 jeweils ein Kolben 8 axial verschiebbar geführt ist. Jeder Kolben 8 begrenzt mit der Zylinderbohrung 6 einen Zylinderraum 10. Die in Figur 1 rechte
Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 4 ist an einem Steuerspiegel 14 abgestützt, über dessen Hochdrucksteuernieren 16 und Niederdrucksteuernieren 18 die Zylinderräume 10 alternierend mit einem in einer Anschlussplatte 20 ausgeführten
Hochdruckanschluss 22 bzw. Niederdruckanschluss 24 verbindbar sind.
Das Triebwerk 2 hat des Weiteren eine Welle 26, die je nach Betriebsmodus als
Antriebs- oder Abtriebswelle dient. Die Welle 26 ist drehfest mit der Zylindertrommel 4 verbunden und über eine Lageranordnung 28, beispielsweise Schrägwälzlager in einem Gehäuse 30 der Axialkolbenmaschine 1 gelagert, das stirnseitig durch die
Anschlussplatte 20 verschlossen ist.
Die Verstellung des Förder-/Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine 1 erfolgt über eine Schrägscheibe 32, an der die Kolben 8 abgestützt sind. Dazu ist ein Kolbenfuß 34 jedes Kolbens 8 kugelförmig ausgeführt und gelenkig mit einem Gleitschuh 36 verbunden, der auf der schräg angestellten Schrägscheibe 32 abgleitet. Die Einstellung des Anstellwinkels der Schrägscheibe 32 und damit der Hub der Kolben 8 wird über eine Versteileinrichtung 38 eingestellt, die im Wesentlichen aus einem Stellzylinder 40 und einer RückStelleinrichtung 42 besteht. Letztere beaufschlagt die Schrägscheibe 32 in Richtung ihres maximalen Stellwinkels. Das Verstellen der Schrägscheibe 32 erfolgt durch Druckbeaufschlagung des Stellzylinders 40, so dass das Förder-/Schluckvolumen durch Rücksteilen der Schrägscheibe 32 in eine Position radial zur Wellenachse auf 0 verstellt werden kann.
Bei vorgegebener Drehrichtung kann durch Verschwenken der Schrägscheibe 32 über 0 aus der dargestellten Position von Pumpen- auf Motorbetrieb oder umgekehrt umgestellt werden. Es sei angenommen, dass die Axialkolbenmaschine 1 bei vorgegebener Drehzahl in der in Figur 1 dargestellten Schwenkposition der
Schrägscheibe 32 im Pumpenbetrieb läuft. Durch Verschwenken der Schrägscheibe 32 über 0 hinaus, kann dann der Pumpenbetrieb eingestellt werden, wobei diese
Verschwenkung gegen die Kraft des Rückstellzylinders 42 erfolgt und dieser dementsprechend einfährt. Diese Bewegung kann - wie im Folgenden noch erläutert wird - für die erfindungsgemäße Steuerung der Entlastungsfelder ausgenutzt werden.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht von der Zylindertrommel 4 her auf ein Ausführungsbeispiel des Steuerspiegels 14, wie er bei einer Konstruktion gemäß Figur 1 verwendbar ist. In Figur 2 oben ist des Weiteren ein Schnitt entlang der Linie A-A dargestellt, wobei diese Schnittdarstellung keine maßstabsgetreue Ansicht zeigt sondern in Vertikalrichtung gegenüber der Realausgestaltung überhöht gezeigt ist, um das Verständnis zu erleichtern.
Der Steuerspiegel 14 ist kreisringförmig ausgeführt und umgreift mit seinem
Innendurchmesser 44 die Lageranordnung 28 der Welle 26. Im Kreisringbereich ist die kreissegmentförmige, vergleichsweise lange ND-Steuerniere 18 und eine Vielzahl von vergleichsweise kurzen, HD-Steuernieren 16 ausgebildet. Die letztgenannten HD- Steuernieren 16 münden in der Anschlussplatte 20 und stehen in Druckmittelverbindung mit dem HD-Anschluss 22. Entsprechend ist die lange ND-Steuerniere 18 in der
Anschlussplatte 20 mit dem ND-Anschluss 24 verbunden. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel sind fünf zueinander beabstandete HD-Steuernieren 16
vorgesehen, selbstverständlich kann Anzahl und die Geometrie auch verändert werden.
Zwischen den HD-Steuernieren 16 und der ND-Steuerniere 18 verbleiben jeweils zwei Stege 46, 48, die dem oberen bzw. unteren Totpunkt entsprechen. Im
Übergangsbereich zwischen der ND-Steuerniere 18 und dem Steg 46 und den HD- Steuernieren 16 und dem Steg 48 ist jeweils ein Dämpfungsschlitz 50 bzw. 52 ausgebildet, über dem der Umsteuervorgang im Bereich der Stege 46, 48 gedämpft wird. Im Bereich dieser Stege 46, 48 befinden sich die Kolben in ihrem oberen bzw. unteren Totpunkt.
Wie insbesondere aus dem Schnitt A-A hervorgeht, ist in dem durch die Nieren 16, 18 gebildeten Bereich ein kreisringförmiger Vorsprung 54 ausgebildet, dessen ringförmige Stirnfläche 56 ein Hauptentlastungsfeld 56 bildet, entlang dem die Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 4 abgleitet. Auf der Hochdruckseite (HD-Steuernieren 16) ist im Bereich des Außenumfangs des Steuerspiegels 14 ein zur Zylindertrommel 4 hin vorspringendes Entlastungsfeld 58 ausgebildet, das bei der dargestellten Variante als etwa rechteckförmige, leicht gekrümmte Rahmenstruktur ausgeführt ist, die eine Tasche 60 umgreift. Die Axialhöhe des Entlastungsfelds 58 entspricht der Axialhöhe des Hauptentlastungsfelds 56, so dass die Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 4 auch entlang dem Entlastungsfeld 58 abgleitet.
In Figur 2 ist mit einem Punkt 62 eine Druckmittelversorgung für die Tasche 60 angedeutet. Während des Umlaufs der Zylindertrommel 4 entlang dem Steuerspiegel 14 tritt über die Hochdrucknieren 16 Druckmittel in den Spalt zwischen dem
Hauptentlastungsfeld 56 und der Stirnfläche 12 der Zylindertrommel 4 ein, so dass die Zylindertrommel 4 durch diesen Entlastungsdruck entlastet wird und somit ein
vorzeitiger Verschleiß der Stirnfläche 12 oder des Steuerspiegels 14 verhindert wird. Diese Entlastung ist im wesentlichen durch die Ringfläche des Vorsprungs 54 bestimmt, so dass eine vergleichsweise einfache Anpassung der Entlastungskraft durch Variation des Innen- und Außendurchmessers des Vorsprungs 54 möglich ist. Die wesentlich kleinere Entlastungsfläche 58 kann über die angedeutete eigene Druckmittelversorgung 62 oder durch die Druckmittelverbindung mit dem Hauptentlastungsfeld 56 ebenfalls mit Hochdruck beaufschlagt sein, so dass dieses wesentlich kleinere Entlastungsfeld ebenfalls zur Entlastung der Zylindertrommel 4 beiträgt. Wie im Folgenden noch detailliert erläutert wird, kann das Entlastungsfeld 58 über eine geeignete
Ventileinrichtung im Motorbetrieb drucklos geschaltet werden, so dass dann lediglich das Hauptentlastungsfeld 56 zur Zylinderentlastung beiträgt und somit das eingangs geschilderte Abheben der Zylindertrommel 4 vermieden werden kann. Im
Pumpenbetrieb wird das Entlastungsfeld 58 über diese Ventileinrichtung mit Hochdruck beaufschlagt, so dass die im Pumpenbetrieb erforderliche höhere Zylinderentlastung gewährleistet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Axialkolbenmaschine ohne
Veränderung der Bauelemente sowohl im Pumpenbetrieb als auch im Motorbetrieb einzusetzen, ohne dass funktionale Nachteile zu befürchten sind.
Die Ansteuerung des Entlastungsfelds 58 wird anhand einiger Ausführungsbeispiele erläutert. Figur 3 zeigt eine Variante, bei der der an den HD-Steuernieren 16 anliegende Druck über einen Versorgungskanal 64 zwischen einer Konstantdrossel 66 und einer verstellbaren Drossel 72 (Druckteiler) abgegriffen wird, die in Reihe geschaltet sind. Je nach Einstellung der verstellbaren Drossel 72 kann der Druck in der Versorgungsleitung 64, die zum Entlastungsfeld 58 genauer gesagt in die von diesem umgriffene Tasche 60 führt, eingestellt werden. Dieser Druck kann dem Hochdruck entsprechen (verstellbare Drossel 72 ganz zu) oder einen nahezu beliebigen Druckwert einnehmen, der kleiner als der Hochdruck und größer als der Niederdruck ND ist.
Der Druck im Versorgungskanal 64 kann über einen Druckanzeiger 68 angezeigt werden. Von dem Versorgungskanal 64 zweigt ein Entlastungskanal 70 ab, der mit einem Niederdruck führenden Druckraum ND verbunden ist und in dem die verstellbare Drossel 72 angeordnet ist. Im Bereich zwischen der HD-Steuerniere 16 und der ersten Drossel 66 ist ein Entlastungsventil 74 angeordnet, das bei diesem Ausführungsbeispiel als 2/2-Wegeventil ausgeführt ist und über eine Feder in eine Öffnungsstellung vorgespannt ist und mechanisch in eine Sperrstellung umschaltbar ist, um die
Druckmittelverbindung zwischen der HD-Steuerniere 16 bzw. dem Hauptentlastungsfeld 56 und dem Entlastungsfeld 58 abzusperren.
Diese Betätigung kann über nicht dargestellte Stellteile erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich den anhand von Figur 1 erläuterten Rückstellzylinder 42 so auszuführen, dass dieser die Funktion des Entlastungsventil 74 übernimmt und somit den
Versorgungskanal 64 auf- oder zusteuert. Das Verschwenken der Schrägscheibe 32 wäre dann mit einem Schalten des Umschaltventils 74 gemäß Figur 3 gleichzusetzen.
Eine konkrete Lösung dieses Konzepts ist in Figur 1 gestrichelt eingezeichnet. Der Rückstellzylinder 42 ist im Pumpenbetrieb in Richtung„- a" in Figur 1 ausgefahren. Zum Umstellen Motorbetrieb wird die Schrägscheibe 32 bei Einfahren des Rückstellzylinders 32 in Richtung„- a" verschwenkt. Beim Einfahren fährt ein Kolben 41 ein. Der zylinderseitige Endabschnitt des Kolbens 41 ist in der Darstellung gemäß Figur 1 gestrichelt dargestellt. Dessen Stirnfläche 43 begrenzt im Inneren des
Rückstellzylinders 42 einen Druckraum 45, der über eine nicht dargestellte Leitung mit HD beaufschlagt ist. Dieser Druckraum 45 ist über eine oder mehrere Radialbohrungen 47 mit dem in Figur 1 angedeuteten Versorgungskanal 64 verbunden. Bei der
Verstellung des Kolbens 41 in Richtung„- a" (Motorbetrieb) überfährt die Stirnseite 43 des Kolbens 41 diese Radialbohrung 47, so dass die Verbindung des
Versorgungskanals 64 zum HD abgesperrt wird. D. h., der Kolben 41 des
Rückstellzylinders 42 übernimmt im Zusammenwirken mit der Radialbohrung 47 die Funktion des in Figur 3 dargestellten Umschaltventils 74. Durch dieses Umschalten ist die Druckmittelverbindung des Entlastungsfelds 58 zum Hochdruck unterbrochen und das Druckmittel kann über die Entlastungsdrossel 72 zum Niederdruck abströmen. Parallel dazu erfolgt auch eine Entlastung über das abfließende Lecköl 62, so dass das Entlastungsfeld drucklos geschaltet ist und somit lediglich das Hauptentlastungsfeld 56 wirksam ist.
Die vorbeschriebenen Kanäle 64, 70 können in beliebiger Weise in der Steuerspiegel 14, der Zylindertrommel 4, der Anschlussplatte 20 oder im Gehäuse 30 ausgebildet sein. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Umschalten des Entlastungsventils 74 auf andere Weise, beispielsweise elektrisch/elektrohydraulisch über eine Steuerung durchzuführen.
Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Steuerspiegels 14, bei dem das
Hauptentlastungsfeld 56 direkt mit dem Entlastungsfeld 58 verbunden ist, d.h. bei diesem Ausführungsbeispiel fällt die in Figur 2 rechte innere Umfangswandung des rahmenförmigen Entlastungsfelds 58 mit dem entsprechenden Abschnitt des
Vorsprungs 54 zusammen, so dass der Versorgungskanal gemäß Figur 3 entfallen kann. Der Entlastungskanal 70 mündet bei dieser Variante direkt in die Tasche 60 ein. Die Tasche 60 wird über den Bereich des Entlastungsfelds 58 mit Druckmittel gefüllt, der der Hochdruckseite zugewandt ist. Der Druckmittelabfluss erfolgt über die
niederdruckseitigen Umfangsbereiche des Entlastungsfelds 58, so dass in der Tasche 60 in etwa der gleiche Druck wie am Entlastungsfeld 58 anliegt.
Das Entlastungsventil 74 ist bei diesem Ausführungsbeispiel im Entlastungskanal 70 angeordnet und durch die Feder in eine Sperrstellung vorgespannt, um das
Entlastungsfeld 58 im Pumpenbetrieb mit Hochdruck zu beaufschlagen. Im Motorbetrieb wird das Entlastungsventil 74 in die Öffnungsstellung umgeschaltet, so dass das
Entlastungsfeld 58 druckentlastet wird, während das Hauptentlastungsfeld 56 weiter über die HD-Steuernieren 16 mit Hochdruck beaufschlagt bleibt.
Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Entlastungsventil 74 wiederum mechanisch betätigt (siehe Ausführungen zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3). Wie in Figur 5 dargestellt, kann anstelle des mechanisch betätigten
Wegeventils ein elektrisch oder elektrohydraulisches betätigtes Entlastungsventil 74 verwendet werden. Dieses ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein proportional verstellbares Druckbegrenzungsventil zur Regelung des Drucks im Entlastungskanal 70 und somit am Entlastungsfeld 58. Selbstverständlich kann ein derartiges proportional verstellbares Regelventil auch bei den anderen, hier beschriebenen Lösungen verwendet werden.
Wie bereits eingangs erläutert, neigt die Zylindertrommel 4 des Triebwerks 2 im
Pumpenbetrieb bei hohen Drehzahlen und niedrigem Druck zum Abheben vom
Steuerspiegel 14. Dabei kippt die Zylindertrommel 4 aufgrund der Reibkräfte der ausfahrenden Kolben 8 auf der Niederdruckseite um die Hochdruckseite, d.h. um die in den Figuren 2, 3 und 4 linke Seite des Steuerspiegels 14. Diese Kippbewegung wird durch das bei Pumpenbetrieb wirksame Entlastungsfeld 58 gemindert, so dass die Zylindertrommel 4 hydrostatisch abgestützt ist und somit die Abhebedrehzahl nach oben hin verschoben wird.
Bei herkömmlichen Lösungen wird dieses Abkippen durch Vorsehen eines außen liegenden Stützrandes an der Zylindertrommel 4 verhindert.
In Figur 6 ist eine Modifikation des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 dargestellt. Bei dieser Variante ist der Versorgungskanal 64 über einen Meldekanal 80 auf die
Niederdruckseite geführt, um eine Kippbewegung der Zylindertrommel 4 besser erfassen zu können. Dies ist deshalb möglich, da in diesem niederdruckseitigen Bereich sich der größere Spalt ergibt, was wiederum über das Lecköl im Bereich der Bohrung 82 zu einem signifikanten Druckabfall im Entlastungsfeld 58 führt. Mit anderen Worten gesagt, aufgrund des erhöhten Leckölstroms sinkt der Druck im Bereich der Bohrung 82 und somit der Druck am Entlastungsfeld 58 ab. Dadurch verringert sich entsprechend die Entlastungskraft mit dem Ergebnis, dass die Zylindertrommel 4 wieder stärker an den Steuerspiegel 14 gepresst wird. Die kausale Reihenfolge ist dann durch die Kette: Lecköländerung— > Druckänderung—► Entlastungsänderung bestimmt. Die Schaltung gemäß Figur 6 entspricht somit einer hydraulischen Abhebesicherung. Bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist das Entlastungsventil 74 nicht dargestellt - dies kann selbstverständlich auch bei dieser Variante vorgesehen sein.
Falls über die Hydromaschine schnelle Last- und Drehrichtungswechsel gesteuert werden sollen, wie sie beispielsweise beim Reversieren auftreten können, werden die dann vorzugsweise als Konstanteinheiten ausgeführten Hydromaschinen im 4- Quadrantenbetrieb betrieben. Dies bedeutet, dass beim Reversieren Hochdruck- und Niederdruckseite an den Anschlüssen der Hydromaschine und auch entsprechend die Strömungsrichtung in der Hydromaschine wechseln. Für die erfindungsgemäße Lösung erfordert dies, dementsprechend die Strömungsrichtung und die Hochdruck- /Niederdruckseite zu erfassen und in Abhängigkeit von diesen Kenngrößen das
Entlastungsfeld anzusteuern. Figur 7 zeigt ein hydraulisches Ausführungsbeispiel für eine derartige Lösung. Dabei ist der Steuerspiegel 14 mit zwei diametral zueinander angeordneten Entlastungsfeldern 58a, 58b ausgeführt, deren Grundaufbau dem
Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3 und 6 entspricht, so dass weitere
Erläuterungen entbehrlich sind. Die in den Figuren rechts angeordnete Steuerniere ist nicht durch einen vergleichsweise langen Kreissegmentabschnitt sondern wie die HD- Steuernieren 16 durch eine Vielzahl von kleineren, zueinander beabstandeten
Steuernieren 18 ausgebildet, die die gleiche Teilung wie die Steuernieren 16 aufweisen. Im Pumpenbetrieb wird je nach Lage der Hochdruckseite und Strömungsrichtung eines der Entlastungsfelder 58a, 58b mit dem Entlastungsdruck beaufschlagt und das jeweils andere Entlastungsfeld 58b, 58a drucklos geschaltet. Dies kann beispielsweise durch eine Schaltung gemäß Figur 7 erfolgen, die einen symmetrischen Aufbau aufweist.
Die Steuernieren 16, 18 sind über die in Figur 1 dargestellte Anschlussplatte 20 mit den beiden Anschlüssen A, B verbunden, wobei diese Druckmittelverbindung über Kanäle 84, 86 erfolgt, in denen jeweils Blenden 88, 90 angeordnet sind. Der Druck in den Kanälen 84, 86 wird zu den Eingängen eines Wechselventils 91 geführt, dessen Ausgang an den Versorgungskanal 64 angeschlossen ist, in dem die Drossel 66 angeordnet ist. Der Versorgungskanal 64 verzweigt beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 in zwei Versorgungskanalzweige 64a, 64b, die jeweils zum Eingang eines Entlastungsventils 74a, 74b führen. Dieses ist als 3/2-Wegeventil ausgeführt, wobei ein Ausgangsanschluss A über einen Kanalabschnitt 92a, 92b mit dem jeweiligen
Entlastungsfeld 58a, 58b oder genauer gesagt der umgriffenen Tasche 60a, 60b verbunden ist. Der dritte Anschluss T ist mit dem Niederdruck ND verbunden. Das Entlastungsventil 74a, 74b ist in eine Grundposition vorgespannt, in der der
Druckanschluss P abgesperrt ist und der Kanalabschnitt 92a, 92b mit dem Niederdruck ND (Tank) verbunden ist. In Richtung der Umschaltposition, in der der Druckanschluss P mit dem Arbeitsanschluss A verbunden ist, sind die beiden Entlastungsventile 74a, 74b jeweils vom Druck im zugeordneten Kanal 84, 86 beaufschlagt, der über eine Steuerleitung 96a, 96b abgegriffen wird.
Im Bereich zwischen den Eingängen des Wechselventils 91 und den Steuernieren 16, 18 zweigt jeweils ein Bypasskanal 98a, 98b ab, der die jeweilige Blende 88, 90 umgeht und in dem ein entsperrbares Rückschlagventil 100a, 100b angeordnet ist, das durch den Druck im jeweils anderen Bypasskanal 98b, 98a entsperrbar ist. In der entsperrten Position lässt das Rückschlagventil 100a, 100b eine Druckmittelströmung in Richtung zu den Anschlüssen A bzw. B zu, wobei die jeweilige Blende 88, 90 umgangen wird. Der Druck stromabwärts der Blenden 88, 90 bzw. im Einmündungsbereich des
Bypasskanals 98a, 98b in den Arbeitskanal 84, 86 wird über einen Steuerkanal 102a, 102b abgegriffen und zu einer in Schließrichtung wirksamen Steuerfläche des anderen Entlastungsventils 74a, 74b gemeldet.
Wie in Figur 7 weiter dargestellt ist, ist der Versorgungskanal 64 stromabwärts der Verzweigung zu den Kanalabschnitten 64a, 64b über die verstellbare Drossel 72 mit dem Niederdruck ND (Tank) verbunden.
Es sei nun angenommen, dass die Axialkolbenmaschine 1 im Pumpenbetrieb läuft, wobei am Anschluss A der Hochdruck anliegt und der Anschluss B die Saugseite (ND) darstellt. Durch den höheren Druck im Kanal 84 wird das Entlastungsventil 74a in seine Durchgangsstellung umgeschaltet, in der der Versorgungskanalabschnitt 64a mit dem Kanalabschnitt 92a verbunden ist. Das Druckmittel kann dann von der Hochdruckseite über das Wechselventil 91 , den Versorgungskanal 64 und den
Versorgungskanalabschnitt 64a sowie den Kanalabschnitt 92a zum Entlastungsfeld 58a strömen, so dass an diesem der Hochdruck anliegt. Dabei bleibt das Entlastungsventil 74b in seiner Feder vorgespannten Grundposition, so dass das in Figur 7 rechte Entlastungsfeld 58b zum Niederdruck ND hin entlastet ist. Durch den hohen Druck im Kanal 84 wird das niederdruckseitige Rückschlagventil 100b entsperrt. Bei
aufgesteuertem Rückschlagventil 100b liegt an beiden Seiten des Entlastungsventils 74b der gleiche Steuerdruck an, so dass dieses über die Kraft der Feder in seine Grundposition vorgespannt ist, in der das Entlastungsfeld 58b zum ND hin entlastet ist. Die Strömungsrichtung wird über den Druckabfall an der Blende 88 (oder 90) erfasst.
Die Funktion im Motorbetrieb ist entsprechend. Prinzipiell ist der Aufbau gemäß den Figuren 6 und 7 für einen 4-Quadrantenbetrieb mit den damit einhergehenden
Druckseitenwechseln und Strömungsrichtungswechseln (Pumpe/Motor) ausgelegt.
Wie ausgeführt, kann über eine derartige Steueranordnung sowohl die
Strömungsrichtung des Druckmittels als auch die Lage der Hochdruckseite erfasst und in Abhängigkeit von diesen Parametern die Entlastungsflächen 58a, 58b gesteuert werden.
Figur 8 zeigt eine elektrohydraulische Lösung mit einem gegenüber dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7 vereinfachten Aufbau.
Der Aufbau des Steuerspiegels 14 ist der gleiche wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 7, d.h. es sind zwei Entlastungsfelder 58a, 58b vorgesehen und die hochdruck- bzw. niederdruckseitigen Steuernieren 16, 18 sind durch insgesamt fünf, auf einem gemeinsamen Teilkreis liegende vergleichsweise kleine Nieren ausgeführt. Je nach Betriebsweise der Axialkolbenmaschine können diese Entlastungsfelder 58a, 58b über eine Steuerung angesteuert werden.
Die Anschlüsse A, B sind wieder über Kanäle 84, 86 in der Anschlußplatte 20 mit der Hochdruckseite bzw. der Niederdruckseite verbunden. Der Druck in diesen beiden Kanälen 84, 86 liegt an den Eingängen des Wechselventils 91 an, dessen Ausgang über den Versorgungskanal 64 und die Drossel 66 mit den Versorgungskanalzweigen 64a, 64b verbunden ist, die jeweils zu einem der Entlastungsfelder 58a, 58b führen. Die Versorgungskanalzweige 64a, 64b sind über den Entlastungskanal 70 und die verstellbare Drossel 72 mit dem ND verbunden.
In den Versorgungskanalzweigen 64a, 64b ist jeweils ein elektrisch oder
elektrohydraulisch verstellbares Entlastungsventil 74a, 74b vorgesehen, das in
Abhängigkeit von der Drehzahl und der Lage des Hochdruckfeldes sowie dem
Betriebsmodus (Pumpe, Motor) angesteuert wird, um das jeweilige Entlastungsfeld 58a, 58b mit Druck zu beaufschlagen oder zu entlasten. In entsprechender Weise kann die Ansteuerung der Entlastungsventile 74a, 74b auch erfolgen, um ein Kippen oder Abheben der Zylindertrommel 4 zu unterbinden oder zumindest in höhere
Drehzahlbereiche zu verschieben.
Die beiden Entlastungsventile 74a, 74b sind ebenfalls als 2/2-Wegeventile ausgeführt, wobei die Entlastungsfelder 58a, 58b in der federvorgespannten Grundposition dieser Entlastungsventile 74a, 74b auf Niederdruck gelegt sind. In Reihe zu jedem
Entlastungsventil 74a, 74b ist ein 2/2-Wege-Schaltventil 102a, 102b vorgesehen, das in eine Schließposition vorgespannt ist und das über den Druck in den Kanälen 84, 86 umschaltbar ist. Dieser Druck wird über einen Steuerkanal 104a, 104b abgegriffen. In dem Fall, in dem der Anschluss A mit Hochdruck beaufschlagt ist (Steuernieren 16 sind HD-Nieren), wird das Schaltventil 102a umgeschaltet und das Entlastungsfeld 58a über das Wechselventil 91 , die Drossel 66, den Versorgungskanal 64, den
Versorgungskanalabschnitt 64a sowie das über die Steuerung aufgesteuerte
Entlastungsventil 74 mit dem Hochdruck beaufschlagt. Das dann im Niederdruckzweig gelegene Schaltventil 102b bleibt in seiner Feder vorgespannten Sperrstellung, so dass das andere Entlastungsfeld 58b druckentlastet ist.
Die Strömungsrichtung des Druckmittels wird über die Drehrichtung der
Zylindertrommel 4 bestimmt. Diese wird über einen geeigneten Sensor erfasst und an die Steuerung gemeldet, so dass diese in Abhängigkeit von der Drehrichtung oder genauer gesagt von der Druckmittelströmungsrichtung und vom Betriebszustand ein geeignetes Signal an die Versorgungsventile 74a, 74b abgeben kann.
Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine mit einem in Abhängigkeit vom Betriebsmodus steuerbaren Entlastungsfeld.

Claims

Patentansprüche
1. Axialkolbenmaschine mit einer drehbar gelagerten Zylindertrommel (4), in der eine Vielzahl von durch jeweils einen Kolben (8) abschnittsweise begrenzte
Zylinderräume (10) ausgebildet sind, die während der Rotation der Zylindertrommel (4) über einen an einer Stirnseite (12) der Zylindertrommel (4) anliegenden Steuerspiegel (14) mit Hochdruck (HD) oder Niederdruck (ND) verbindbar sind, und mit einem mit einem Entlastungsdruck beaufschlagten Entlastungsfeld (58) zur Verringerung der Flächenpressung zwischen Zylindertrommel (4) und Steuerspiegel (14), gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, über die das Entlastungsfeld (58) in Abhängigkeit vom Betriebsmodus entlastbar ist.
2. Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung eine stetig verstellbare oder schaltbare Ventileinrichtung (74) hat, über die das
Entlastungsfeld (58) mit Niederdruck (ND) oder mit Hochdruck (HD) beaufschlagbar ist.
3. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zusätzlich zum steuerbaren Entlastungsfeld (58) ein Hauptentlastungsfeld (56) vorgesehen ist.
4. Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 3, wobei die Summe der Wirkflächen des Entlastungsfelds (58) und des Hauptentlastungsfelds (56) etwas größer als die druckbeaufschlagte Gesamtfläche der Kolben (8) und diese Gesamtfläche wiederum größer als die Wirkfläche des Hauptentlastungsfelds (56) ist.
5. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Entlastungsfeld (58, 56) am Steuerspiegel (14) ausgebildet ist.
6. Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 5, wobei das Hauptentlastungsfeld (56) als ringförmiger Vorsprung (54) ausgebildet ist, in dem die Steuernieren (16, 18) münden und/oder das Entlastungsfeld (58) radial versetzt zu den hochdruckseitigen Steuernieren (16) angeordnet ist.
7. Axialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 3 bis 6, wobei das Entlastungsfeld (58) hydraulisch mit dem Hauptentlastungsfeld (56) verbunden ist oder über eine eigene Druckmittel Versorgung verfügt.
8. Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2 oder einem der darauf bezogenen Ansprüche, wobei die Druckmittelversorgung extern über die Ventileinrichtung (74) erfolgt.
9. Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei jeder Drehrichtung der Zylindertrommel (4) ein Entlastungsfeld (58a, 58b) zugeordnet ist.
10. Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 9, wobei die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Erfassen der Druckmittelströmungsrichtung und der Lage der
Hochdruckseite hat.
11. Steuerspiegel für eine Axialkolbenmaschine nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit mehreren Steuernieren (16, 18) und einem im Bereich der Steuernieren (16, 18) ausgebildeten Hauptentlastungsfeld (56) sowie einem
demgegenüber radial versetzten Entlastungsfeld (58), dessen Größe wesentlich geringer als diejenige des Hauptentlastungsfelds (56) ist.
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