WO2012076097A1 - Kolbenmaschine - Google Patents
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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
- F04B1/328—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 axis of the cylinder barrel relative to the swash plate
Definitions
- the invention relates to a piston engine according to the preamble of
- Axial piston engines with several cylinder-piston units are known from the prior art, in which an oblique position of a component coupled to the cylinders relative to a component of the axial piston engine coupled to the pistons is required to produce a stroke of the pistons in the respective cylinders. Furthermore, the cylinder-piston units must rotate (relative to a housing).
- axial piston machines are known according to the oblique axle principle, in which the pistons are coupled to a disk of a shaft, while the cylinders are formed in a cylinder drum inclined with respect to the shaft. Since the cylinder drum rotates synchronously with the shaft during operation of the axial piston machine, the pistons rotate accordingly.
- axial piston machines are known according to the swash plate principle, in which the pistons are coupled to a swash plate, which is inclined with respect to a shaft.
- the cylinders are formed in a cylindrical drum which is concentric with the shaft.
- the cylinder drum and the pistons rotate synchronously with the shaft during operation of the axial piston machine. Because of the necessary relative movement of the pistons relative to the swash plate, feet of the pistons are received in piston shoes that slide over the swash plate.
- EP 1 705 372 A1 shows a further piston engine in a floating-cup technology (FCT), which has two groups of cylinder-piston units.
- FCT floating-cup technology
- Cylinders in the form of sleeves are supported via a drum disc on a respective pivoting cradle, while the pistons are fixed to a common drum or disc.
- the disc is concentric with the shaft and rotatably mounted on the shaft. Since the disc with the piston rotates synchronously with the shaft during operation of the piston engine, the cylinder sleeves accordingly revolve.
- Schwenkwiegen are kidney-shaped control slots. To seal these control slots to the interior of the machine housing down the drum discs are necessary, which have individual matched to the cylinder sleeves and stroking the control slots breakthroughs and rotate with the cylinder-piston units.
- the pivoting balances are designed to be adjustable in their angle, so that the stroke of the cylinder-piston units and thus the flow rate of the machine can be changed.
- a disadvantage of such piston engines of the latter type with two groups of cylinder-piston units is that the control of a volume flow, as required for example for the realization of hydraulic control circuits, requires an increased effort.
- the invention is based on the object to provide a piston engine in a floating Cup or Tilting Cup Technology (FCT or TCT) with two groups of cylinder-piston units, with which hydraulic control circuits are realized with less effort can.
- FCT or TCT floating Cup Technology
- the hydrostatic piston engine according to the invention has a first and a second group of cylinder sleeve-piston units.
- the pistons are - preferably via a common disc - coupled to a drive shaft and run with this.
- the cylinders are formed by cylinder sleeves.
- the stroke between the cylinder sleeves and the piston of the first group depends on the position of a first adjustable pivoting cradle and the stroke between the cylinder sleeves and the piston of the second group from the position of a second adjustable pivoting cradle.
- the both pivoting swivels or their swivel angle are - preferably mechanically, hydraulically, pneumatically or electrically - coupled to each other and in their
- Adjustment synchronized, so aligned in path and time This creates a piston machine of the FCT or TCT type with two groups of cylinder-piston units with which hydraulic control circuits can be realized.
- the two groups of cylinder-piston units, the two pivoting pivots are arranged substantially mirror-inverted to a plane perpendicular to the drive shaft central plane of the piston engine.
- a pin or bolt is attached to the two pivoting pivots directly or via a respective connecting element, for example via a lever arm.
- the two pins or bolts are guided in a running approximately parallel to the drive shaft common backdrop, and a distance of the gate to the drive shaft is adjustable in particular via a control cylinder. Then, the synchronous adjustment can be done mechanically by a linear adjustment.
- a spindle nut is coupled to the two pivoting pivots each directly or via a connecting element, for example a lever arm, wherein the two spindle nuts are coupled via a spindle extending approximately parallel to the drive shaft.
- a connecting element for example a lever arm
- the synchronous adjustment can be done mechanically by a rotational adjustment.
- a gear segment is attached to the two pivoting pivots each directly or via a connecting element, for example via a lever arm, wherein the two gear segments mesh with each other.
- a first linear actuator is coupled to the first pivoting cradle directly or via a connecting element, for example a lever arm
- a second linear actuator is coupled to the second pivoting cradle directly or via a connecting element, for example a lever arm.
- the two linear actuators can be electric linear motors, piezo actuators, pneumatic actuators or hydraulic actuators.
- the first linear actuator may be a first actuating cylinder, while the second linear actuator is a second actuating cylinder. This creates a hydraulic adjustment device.
- the hydraulic flow divider is formed by two constant-displacement pumps, of which the two adjusting cylinders can be supplied, and when the two constant-displacement pumps are coupled to one another via a connecting shaft. Then, the synchronous adjustment can be done hydraulically by a rotational adjustment movement of the connecting shaft.
- the connecting shaft can serve as a common drive shaft.
- Stepped cylinder is formed with stepped piston, of which the two adjusting cylinders are supplied.
- An annular space and a cylindrical space of the stepped cylinder are each connected to one of the two actuating cylinders.
- An annular space bounding the annular space of the stepped piston and a cylindrical space defining end face of the stepped piston are the same size. Then, the synchronous adjustment can be done hydraulically by a linear adjustment movement of the stepped piston.
- a control valve whose respective actuator is connected by a common electronic control unit as a function of a respective one, can be connected upstream of the two positioning cylinders Displacement sensor is adjustable.
- the two displacement sensors are coupled to a respective actuating piston of the actuating cylinder. This also allows an asynchronous adjustment of the piston engine or the stroke of its two cylinder-piston units.
- first pivoting cradle - preferably via an additional first lever arm - a first additional actuating cylinder is articulated to a first actuating cylinder opposite side of the drive shaft, while corresponding to the second pivoting cradle - preferably via an additional second lever arm - a second additional actuating cylinder is articulated on a second actuating cylinder opposite side of the drive shaft.
- the effective directions of the respective actuating cylinder and the respective additional actuating cylinder are directed in a same pivoting direction of the corresponding pivoting cradle.
- the first actuating cylinder and the first additional actuating cylinder can be supplied via a first line pair from a common first pump, wherein the second actuating cylinder and the second additional actuating cylinder can be supplied via a second line pair from a common second pump.
- the two pumps are coupled to one another via a connecting shaft.
- each pivoting cradle is pivoted via an introduction of a pair of forces, which leads in particular to the high-pressure side pivot bearing for a reduction in the losses due to leakage.
- the connecting shaft can serve as a common drive shaft.
- a first flow divider can be arranged in the first line pair, while a second flow divider is arranged in the second line pair.
- the first pivoting cradle via a first rotary actuator and the second pivoting cradle is pivotable via a second rotary actuator.
- the two rotary actuators are coupled to each other.
- the actuators can be designed electrically, piezoelectrically, pneumatically or hydraulically.
- the first rotary actuator is a first hydraulic swing-wing motor and the second rotary actuator is a second hydraulic swing-wing motor.
- the two swing-wing motors each have a working line acting in the direction of increasing the pivoting angle and a working line acting in the direction of reducing the pivoting angle
- the coupling of the swivel-weighing adjustment according to the invention can take place via two flow dividers.
- the one flow divider is connected to the two acting in the direction of enlargement of the pivot angle working lines and the other flow divider with the two acting in the direction of a reduction of the pivot angle working lines.
- the two flow dividers are each two pumps coupled to each other via a connecting shaft.
- the inventive coupling of the two SchenkWiegen can also be done via a drive shaft obliquely employed coupling rod, which is hinged to the first pivoting cradle via a first joint and on the second pivoting cradle via a second joint.
- the two joints are each articulated on different sides of the drive shaft to the respective pivoting cradle. It can be additionally provided a second coupling rod for generating a symmetry and as a gain.
- the inventive coupling of the two Schenkwiegen can also be done via two obliquely stretched and crossed on the drive shaft and crossed pliable traction means, which are each attached to the first pivoting cradle at a first attachment point and the second pivoting cradle at a second attachment point.
- the two attachment points of the two traction means are attached to different sides of the drive shaft to the respective pivoting cradle.
- the two pivoting pivots can also be arranged approximately parallel to one another and coupled to one another via a coupling rod arranged essentially parallel to the drive shaft.
- Figure 1 shows a first embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 2 shows a second embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 3 shows a third embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 4 shows a fourth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 5 shows a fifth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 6 shows a sixth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 7 shows a seventh embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- FIG. 8 shows an eighth embodiment of the piston pump according to the invention in a schematic side view
- 9 shows a ninth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 10 shows a tenth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view
- Figure 11 shows an eleventh embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view.
- Figure 1 shows a first embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view.
- the piston machine has a continuous drive shaft, of which only two end sections 1a, 1b are shown in FIG. 1, which are each mounted via a roller bearing 2a, 2b.
- the pivoting pivots 4a, 4b with the swash plates 6a, 6b and the cylinder sleeves 8a coupled thereto are arranged in mirror image with respect to a central plane 10 and obliquely with respect to the drive shaft of the piston engine.
- the middle plane 10 is perpendicular to the drive shaft and is shown in Figure 1 in a "cut" representation as a dashed line.
- a disc (not shown in FIG. 1) is arranged non-rotatably connected to the drive shaft (compare disc 742 from FIG.
- a plurality of pistons are fastened, of which only one piston 12a is shown by way of example in FIG.
- the piston machine according to the invention is used as a pump, it is driven on one of the end sections 1a, 1b of the drive shaft.
- the pistons 12 a are taken in an orbit around the drive shaft and in turn take the cylinder sleeves 8 a with. Due to the inclination of the two swash plates 6a, 6b, the cylinder sleeves 8a perform a lifting movement relative to the respective piston 12a.
- each pivot cradle 4a, 4b two approximately kidney-shaped slots are provided, one of which with a high-pressure channel HDa, HDb and the other with a low-pressure channel NDa, NDb are connected.
- the two high-pressure channels HDa, HDb lead to a common (not shown) high-pressure port of the piston engine, while the two low-pressure channels NDa, NDb are connected to a common (not shown) low-pressure port of the piston engine.
- the two high-pressure channels HDa and HDb can also remain separate and serve the pressure medium supply of each other hydraulic consumers. The same applies to the low-pressure channels.
- a mechanical coupling is provided, which is driven by a Differenziaizylinder 14.
- a pin 18a, 18b is attached.
- the two pins 18a, 18b also extend mirror-symmetrically to the central plane 10 and perpendicular to the plane of the drawing.
- a straight gate 20 which extends approximately parallel to the drive shaft on both sides of the central plane 10 and mirror-symmetrical to this.
- the gate 20 is according to the arrow on the Differenziaizylinder 14 in the direction perpendicular to the drive shaft movable.
- the two pins 18a, 18b either move towards or away from each other and thus move over the respective lever arm 16a, 16b and via the respective pivoting cradle 4a, 4b, the two swash plates 6a, 6b synchronously.
- Figure 2 shows a second embodiment of a piston engine according to the invention in a schematic side view.
- the drive shaft with the two end sections 1a, 1b and the two roller bearings 2a, 2b and the two pivoting jaws 4a, 4b with the two swash plates 6a, 6b and with the two drum discs 7a, 7b and the four channels HDa, HDb, NDa
- the second embodiment also has two groups of cylinder-piston units, of which only one cylinder-piston unit 8a, 12a is shown by way of example in FIG.
- the adjusting device of the second exemplary embodiment has two lever arms 116a, 116b fastened to the respective pivoting cradle 4a, 4b which extend upward from a respective axis of rotation 119a, 119b (in FIG. 2) and are arranged mirror-symmetrically with respect to the central plane 10. From the respective
- Swivel cradle 4a, 4b remote end portions of the two lever arms 116a, 116b are rotatably connected to a respective spindle nut 118a, 118b.
- the two spindle nuts 118a, 118b are arranged on a common spindle 120, which is fixed axially by means of suitable mounting.
- the spindle 120 extends approximately parallel to the drive shaft and can be rotated by an electric motor 114 in both directions in rotation. By opposing threaded portions on the spindle 120 in the areas of the respective spindle nut 118a, 118b, these are moved by a rotation of the spindle 120 either towards or away from each other.
- the coupling according to the invention is the setting of the two
- Figure 3 shows a third embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view. The correspond
- the third embodiment also has two groups of cylinder-piston units, of which only one cylinder-piston unit 8a, 12a is shown by way of example in FIG.
- a gear segment 218a, 218b is arranged in each case.
- the two gear segments 218a, 218b are arranged mirror-symmetrically with respect to the middle plane 10 and mesh with each other. This results in a mechanical coupling of the two swash plates 6a, 6b, wherein the swivel angle of the two swash plates 6a, 6b can be adjusted by an adjustment device (not shown).
- Figure 4 shows a fourth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view.
- the drive shaft with the two end sections 1a, 1b and the two roller bearings 2a, 2b, the two pivoting jaws 4a, 4b with the two swash plates 6a, 6b and the two drum discs 7a, 7b, the four channels HDa, HDb, NDa, NDb those of the first embodiment of Figure 1.
- the fourth embodiment also has two groups of cylinder-piston units, of which in Figure 1, only a cylinder-piston unit 8a, 12a is shown by way of example.
- a coupling rod 320 is provided according to the fourth embodiment, which is coupled via a first joint 318a to the first pivot cradle 4a and a second hinge 318b to the second pivot cradle 4b.
- the coupling rod 320 extends obliquely to the drive shaft and obliquely to the central plane 10.
- the first joint 318a is disposed in a region of the first pivoting cradle 4a, which has comparatively large distance to a relative to the central plane 10 mirror image region of the second pivoting cradle 4b, while the second joint 318b is disposed at a portion of the second pivot cradle 4b, which has a comparatively small distance to a relative to the central plane 10 mirror image region of the first pivot cradle 4a.
- the two joints 318a, 318b are arranged on different sides of the two pivoting jaws 4a, 4b with respect to the drive shaft.
- the coupling rod 320 or one of the two pivoting jaws 4a, 4b is moved by means of an adjustment device (not shown), wherein the two swash plates of FIGS. 6a, 6b are mechanically synchronized.
- Figure 5 shows a fifth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view. The correspond
- the two lever arms 116a, 116b are correspondingly attached to the pivoting jaws 4a, 4b, which extend upward (in FIG. 5) from the respective rotation axis 119a, 119b and thereby mirror-symmetrically to the middle level 10 are arranged.
- the end portions of the lever arms 116a, 116b facing away from the respective pivoting cradle 4a, 4b are connected via a respective rotary sliding joint to a piston rod of a respective adjusting cylinder 422a, 422b.
- the directions of action of the two actuating cylinders 422a, 422b are directed parallel to the drive shaft to the outside, whereby by such a movement, the pivot angle of the two swash plates 6a, 6b are increased.
- return springs are provided to reset the actuating cylinder 422a, 422b and thus to reduce the pivot angle of the two swash plates 6a, 6b.
- each control cylinder 422a, 422b is assigned a constant-displacement pump 424a, 424b via which the respective actuating cylinder 422a, 422b can be supplied with pressure medium.
- the two constant-displacement pumps 424a, 424b have a connecting shaft 426, via which their two delivery volumes and thus the adjustment paths of the two adjusting cylinders 422a, 422b are hydraulically synchronized.
- FIG. 6 shows a sixth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view.
- the sixth embodiment largely corresponds to the fifth embodiment according to FIG. 5. Therefore In the following, only the difference of the sixth embodiment compared to the fifth embodiment is explained:
- an annular space 532 and a cylindrical space 534 are formed, an annular space 532 bounding annular surface of the stepped piston 530 and a cylindrical space 534 defining end face of the stepped piston 530 are equal.
- the annulus 532 of the step cylinder 528 is connected to the first actuator cylinder 422a, while the cylindrical space 534 of the step cylinder 528 is connected to the second actuator cylinder 422b.
- Figure 7 shows a seventh embodiment of the erfindunin piston engine in a schematic side view.
- the seventh exemplary embodiment largely corresponds to the fifth exemplary embodiment according to FIG. 5 and the sixth exemplary embodiment according to FIG. 6, so that only the differences from the fifth and the sixth exemplary embodiment are explained below:
- the two actuating cylinders 422a, 422b are connected via a respective 3/2-way valve , which serves as a control valve 636a, 636b, either connected to high pressure P or relieved to low pressure T.
- the two adjusting cylinders 422a, 422b With a connection of the two control valves 636a, 636b with high pressure, the two adjusting cylinders 422a, 422b are moved outwards, whereby the pivoting angle of the two swash plates 6a, 6b are increased.
- the positions of the two piston rods of the adjusting cylinders 422a, 422b are detected by a respective displacement sensor 638a, 638b and transmitted to a control unit 640. From the control unit 640, the control valves 636a, 636b are set via respective actuators.
- the inventive coupling of the adjustment of the two swash plates 6a, 6b takes place in the seventh embodiment in the form of an electro-hydraulic control of the adjustment.
- Figure 8 shows an eighth embodiment of the piston pump according to the invention in a schematic representation.
- a concentric disc 742 is arranged perpendicular to the drive shaft 1.
- pistons 742 are distributed on both opposite sides of the disk, of which only one piston 12a, 12b is shown by way of example in FIG. 8. These immerse each in a cylinder sleeve 8a, 8b.
- the cylinder sleeves 8a of the first group of cylinder-piston units 8a, 12a are coupled via the first drum disk 7a to the first swash plate 6a, while correspondingly the cylinder sleeves 8b of the second group of cylinder-piston units 8b, 12b via the second drum disk 7b are coupled to the second swash plate 6b.
- the two swash plates 6a, 6b are in normal operation obliquely to the drive shaft 1 and the disc 742.
- the disc 742 and thus indirectly also the drive shaft 1 via two radial bearings 744a, 744b supported on a (not shown) housing of the piston engine.
- the two swash plates 6a, 6b are aligned approximately parallel to one another via their respective pivoting cradles 704a, 704b.
- This parallel position is maintained even with a pivoting of the two swash plates 6a, 6b, wherein the synchronization according to the invention of the pivoting takes place mechanically in this embodiment.
- a coupling rod 720 is provided which extends approximately parallel to the drive shaft 1.
- the coupling rod 720 is pivotally connected via approximately perpendicular to the drive shaft 1 extending connecting portions 721a, 721 b with the two pivoting rockers 704a, 704b.
- FIG. 9 shows a ninth embodiment of the piston engine according to the invention in a schematic side view.
- the drive shaft 1 with the two end sections 1a, 1b and with the two rolling bearings 2a, 2b, the two pivoting pivots 4a, 4b with the swash plates 6a, 6b and with the (not shown in Figure 9) pulleys 7a, 7b and the four Channels HDa, HDb, NDa, NDb those of the first embodiment shown in FIG 1.
- the respective pivot angle of the two swash plates 6a, 6b is at each
- Pivoting cradle 4a, 4b arranged a swing-wing motor 846a, 846b.
- the two swing-wing motors 846a, 846b can each be driven in two directions, whereby a reduction or enlargement of the respective
- Swivel angle and thus the intake or delivery volume of the piston engine according to the invention is adjustable.
- Two displacement machines (constant displacement pumps / motors or also flow divider) 424a, 424b, whose delivery volume flows via a connecting shaft 426th
- Connecting shaft 826 are equalized, supply the two swing-wing motors 846a, 846b with pressure medium, which supply leads to a pivoting back of the swash plates 6a, 6b.
- FIG. 10 shows a tenth embodiment of the invention
- Piston engine in a lateral schematic representation.
- This embodiment has all the components of the fifth embodiment according to Figure 5, so that only the components beyond it are explained below:
- an additional lever arm 917a, 917b attached to which a corresponding additional actuating cylinder 923a, 923b is articulated.
- the two additional lever arms 917a, 917b, the two additional actuating cylinders 923a, 923b and their return springs are identical to those of the fifth embodiment according to FIG 5.
- the additional actuating cylinder 923a, 923b and their return springs are aligned parallel to the drive shaft 1.
- the two additional lever arms 917a, 917b and the two additional actuating cylinders 923a, 923b are arranged with respect to the drive shaft 1 with respect to the two lever arms 116a, 116b or with respect to the two actuating cylinders 422a, 422b.
- the two additional actuating cylinders 923a, 923b are in the same way with pressure medium from the respective associated displacement machines
- Constant pumps / motors or power divider supplies, as the two actuating cylinders 422 a, 422 b and also act in the direction of increasing the pivot angle of the piston engine.
- Figure 11 shows an eleventh embodiment of the piston engine according to the invention in a lateral schematic representation. Since the eleventh embodiment largely corresponds to the tenth embodiment, only the differences from the tenth embodiment shown in FIG. 10 will be explained below.
- a first flow divider 1050a, 1052a is arranged to make the torque introduction uniform.
- a flow divider 1050b, 1052b is also arranged between the second constant-displacement pump 424b and the two second actuating cylinders 422b, 923b supplied by it.
- the two displacement machines 424a and 424b work here primarily as fixed displacement pumps, which is why they are also referred to above.
- the two current dividers each consist of two constant-speed motors 1050a, 1050b, which are mechanically coupled to one another via a respective connecting shaft 1052a, 1052b.
- the connecting shafts 426, 826 of the exemplary embodiments according to FIGS. 9, 10 and 11 can also be used to drive the two fixed-displacement pumps 424a, 424b or 824a, 824b coupled thereto.
- a hydrostatic piston engine having a first and a second group of cylinder-piston units.
- the pistons are - preferably via a common disc - coupled to a drive shaft and run with this.
- the Cylinders of the first group are coupled to a first swash plate while the cylinders of the second group are coupled to a second swash plate.
- the first oblique disk is pivotable via a first pivoting cradle and the second inclined disk correspondingly via a second pivoting cradle.
- the two pivoting pivots or their pivoting angles are - preferably mechanically, hydraulically, pneumatically or electrically - coupled to each other and synchronized.
Landscapes
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Abstract
Offenbart ist eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Zylinder-Kolben-Einheiten. Die Kolben sind - vorzugsweise über eine gemeinsame Scheibe - an eine Triebwelle gekoppelt und laufen mit dieser um. Der Hub zwischen den Zylindern und den Kolben der ersten Gruppe hängt von der Stellung einer ersten verstellbaren Schwenkwiege und der Hub zwischen den Zylindern und den Kolben der zweiten Gruppe von der Stellung einer zweiten verstellbaren Schwenkwiege ab. Die beiden Schwenkwiegen bzw. ihre Schwenkwinkel sind - vorzugsweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch - aneinander gekoppelt und ihre gemeinsame Verstellung ist synchronisiert.
Description
Kolbenmaschine
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Kolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 .
Aus dem Stand der Technik sind Axialkolbenmaschinen mit mehreren Zylinder- Kolben-Einheiten bekannt, bei denen zur Erzeugung eines Hubes der Kolben in den jeweiligen Zylindern eine Schrägstellung eines an die Zylinder gekoppelten Bauteils gegenüber einem an die Kolben gekoppelten Bauteils der Axialkolbenmaschine benötigt wird. Weiterhin müssen die Zylinder-Kolben-Einheiten (gegenüber einem Gehäuse) umlaufen.
Dabei sind Axialkolbenmaschinen nach dem Schrägachsprinzip bekannt, bei denen die Kolben an eine Scheibe einer Welle gekoppelt sind, während die Zylinder in einer gegenüber der Welle schräg stehenden Zylindertrommel gebildet sind. Da die Zylindertrommel im Betrieb der Axialkolbenmaschine synchron zur Welle dreht, laufen die Kolben entsprechend mit um.
Alternativ dazu sind Axialkolbenmaschinen nach dem Schrägscheibenprinzip bekannt, bei denen die Kolben an eine Schrägscheibe gekoppelt sind, die gegenüber einer Welle schräg steht. Die Zylinder sind in einer Zylindertrommel gebildet, die konzentrisch zur Welle angeordnet ist. Die Zylindertrommel und die Kolben drehen im Betrieb der Axialkolbenmaschine synchron zur Welle. Wegen der nötigen Relativbewegung der Kolben gegenüber der Schrägscheibe sind Füße der Kolben in Kolbenschuhen aufgenommen, die über die Schrägscheibe gleiten.
Auf der Internetseite der Firma INNAS www.innas.com und in der
EP 1 705 372 A1 ist eine weitere Kolbenmaschine in einer Floating-Cup-Technology (FCT) gezeigt, die zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten hat. Umgekehrt zur zuvor beschriebenen Axialkolbenmaschinen nach dem Schrägscheibenprinzip sind die
Zylinder in Form von Hülsen über eine Trommelscheibe an einer jeweiligen Schwenkwiege abgestützt, während die Kolben an einer gemeinsamen Trommel bzw. Scheibe befestigt sind. Die Scheibe ist konzentrisch zur Welle und drehfest an der Welle angeordnet. Da die Scheibe mit den Kolben im Betrieb der Kolbenmaschine synchron zur Welle dreht, laufen die Zylinderhülsen dementsprechend mit um. In den beiden
Schwenkwiegen befinden sich nierenförmige Steuerschlitze. Zur Abdichtung dieser Steuerschlitze zum Inneren des Maschinengehäuses hin sind die Trommelscheiben notwendig, die einzelne auf die Zylinderhülsen abgestimmte und über die Steuerschlitze streichende Durchbrüche aufweisen und mit den Zylinder-Kolben-Einheiten umlaufen. Die Schwenkwiegen sind in ihrem Winkel verstellbar ausgeführt, so dass der Hub der Zylinder-Kolben-Einheiten und somit der Volumenstrom der Maschine verändert werden kann.
Nachteilig an derartigen Kolbenmaschinen vom letztgenannten Typ mit zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten ist, dass die Steuerung eines Volumenstroms, wie sie zum Beispiel für die Realisierung hydraulischer Regelkreise erforderlich ist, einen erhöhten Aufwand erfordert.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Kolbenmaschine in einer Floating-Cup- oder Tilting-Cup-Technology (FCT oder TCT) mit zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten zu schaffen, mit denen hydraulische Regelkreise mit geringerem Aufwand realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die erfindungsgemäße hydrostatische Kolbenmaschine hat eine erste und eine zweite Gruppe von Zylinderhülsen-Kolben-Einheiten. Die Kolben sind - vorzugsweise über eine gemeinsame Scheibe - an eine Triebwelle gekoppelt und laufen mit dieser um. Die Zylinder sind von Zylinderhülsen gebildet. Der Hub zwischen den Zylinderhülsen und den Kolben der ersten Gruppe hängt von der Stellung einer ersten verstellbaren Schwenkwiege und der Hub zwischen den Zylinderhülsen und den Kolben der zweiten Gruppe von der Stellung einer zweiten verstellbaren Schwenkwiege ab. Die
beiden Schwenkwiegen bzw. ihre Schwenkwinkel sind - vorzugsweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch - aneinander gekoppelt und in ihrer
Verstellung synchronisiert, also in Weg und Zeit aneinander angeglichen. Damit ist eine Kolbenmaschine vom FCT- oder TCT-Typ mit zwei Gruppen von Zylinder-Kolben- Einheiten geschaffen, mit denen hydraulische Regelkreise realisiert werden können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall sind die beiden Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten, die beiden Schwenkwiegen im Wesentlichen spiegelbildlich zu einer senkrecht zur Triebwelle angeordneten mittleren Ebene der Kolbenmaschine angeordnet.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist dabei an den beiden Schwenkwiegen direkt oder über ein jeweiliges Verbindungselement, zum Beispiel über einen Hebelarm, ein Zapfen oder Bolzen befestigt. Die beiden Zapfen oder Bolzen sind in einer etwa parallel zur Triebwelle verlaufenden gemeinsamen Kulisse geführt, und ein Abstand der Kulisse zur Triebwelle ist insbesondere über einen Stellzylinder einstellbar. Dann kann die synchrone Verstellung mechanisch durch eine lineare Verstellbewegung erfolgen.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung sind an die beiden Schwenkwiegen jeweils direkt oder über ein Verbindungselement , zum Beispiel einen Hebelarm, eine Spindelmutter gekoppelt, wobei die beiden Spindelmuttern über eine etwa parallel zur Triebwelle verlaufende Spindel gekoppelt sind. Diese kann von einem Motor
angetrieben sein. Dann kann die synchrone Verstellung mechanisch durch eine rotatorische Verstellbewegung erfolgen.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist an den beiden Schwenkwiegen jeweils direkt oder über ein Verbindungselement, zum Beispiel über einen Hebelarm, ein Zahnradsegment befestigt, wobei die beiden Zahnradsegmente miteinander kämmen. Damit ist eine vorrichtungstechnisch einfache mechanische synchrone
Kopplung geschaffen.
Bei einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist an die erste Schwenkwiege direkt oder über ein Verbindungselement - z.B. einen Hebelarm - ein erster Linear- aktuator gekoppelt, während an die zweite Schwenkwiege direkt oder über ein Verbindungselement - z.B. einen Hebelarm - ein zweiter Linearaktuator gekoppelt ist. Die beiden Linearaktuatoren können elektrische Linearmotoren, Piezoaktoren, pneumatische Aktoren oder hydraulische Aktoren sein.
Dabei kann der erste Linearaktuator ein erster Stellzylinder sein, während der zweite Linearaktuator ein zweiter Stellzylinder ist. Damit ist eine hydraulische Verstell- vorrichtung geschaffen.
Dabei wird es bevorzugt, wenn zur erfindungsgemäßen Kopplung der beiden Stellzylinder diesen ein gemeinsamer hydraulischer Stromteiler vorgeschaltet ist.
Dabei wird es bevorzugt, wenn der hydraulische Stromteiler von zwei Konstantpumpen gebildet ist, von denen die beiden Stellzylinder versorgbar sind, und wenn die beiden Konstantpumpen über eine Verbindungswelle aneinander gekoppelt sind. Dann kann die synchrone Verstellung hydraulisch durch eine rotatorische Verstellbewegung der Verbindungswelle erfolgen. Die Verbindungswelle kann als gemeinsame Antriebswelle dienen.
Alternativ wird es bevorzugt, wenn der hydraulische Stromteiler von einem
Stufenzylinder mit Stufenkolben gebildet ist, von dem die beiden Stellzylinder versorgbar sind. Ein Ringraum und ein zylindrischer Raum des Stufenzylinders sind jeweils mit einem der beiden Stellzylinder verbunden. Eine den Ringraum begrenzende Ringfläche des Stufenkolbens und eine den zylindrischen Raum begrenzende Stirnfläche des Stufenkolbens sind gleich groß. Dann kann die synchrone Verstellung hydraulisch durch eine lineare Verstellbewegung des Stufenkolbens erfolgen.
Bei einer elektrischen bzw. elektronischen Kopplung kann den beiden Stellzylindern jeweils ein Regelventil vorgeschaltet sein, dessen jeweiliger Aktuator von einer gemeinsamen elektronischen Regeleinheit in Abhängigkeit eines jeweiligen
Wegsensors einstellbar ist. Dabei sind die beiden Wegsensoren an einen jeweiligen Stellkolben des Stellzylinders gekoppelt. Damit ist auch eine asynchrone Verstellung der Kolbenmaschine bzw. des Hubes ihrer beiden Zylinder-Kolben-Einheiten möglich.
Um eine Krafteinleitung zur Verstellung der Schwenkwiegen zu vergleichmäßigen wird es bevorzugt, wenn an die erste Schwenkwiege - vorzugsweise über einen zusätzlichen ersten Hebelarm - ein erster zusätzlicher Stellzylinder an einer dem ersten Stellzylinder gegenüber liegenden Seite der Triebwelle angelenkt ist, während entsprechend an die zweite Schwenkwiege - vorzugsweise über einen zusätzlichen zweiten Hebelarm - ein zweiter zusätzlicher Stellzylinder an einer dem zweiten Stellzylinder gegenüber liegenden Seite der Triebwelle angelenkt ist. Die Wirkrichtungen des jeweiligen Stellzylinders und des jeweiligen zusätzlichen Stellzylinders sind in eine gleiche Schwenkrichtung der entsprechenden Schwenkwiege gerichtet.
Zum vorrichtungstechnisch einfachen Zurückschwenken der beiden Schwenkwiegen können an den beiden Stellzylindern und/oder an den beiden zusätzlichen Stellzylindern Rückstellfedern vorgesehen sein.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind der erste Stellzylinder und der erste zusätzliche Stellzylinder über ein erstes Leitungspaar von einer gemeinsamen ersten Pumpe versorgbar, wobei der zweite Stellzylinder und der zweite zusätzliche Stellzylinder über ein zweites Leitungspaar von einer gemeinsamen zweiten Pumpe versorgbar sind. Zur erfindungsgemäßen Kopplung sind die beiden Pumpen über eine Verbindungswelle aneinander gekoppelt. Dadurch wird jede Schwenkwiege über eine Einleitung eines Kräftepaares verschwenkt, was insbesondere auf dem hochdruck- seitigen Schwenklager für eine Verringerung der Verluste durch Leckage führt. Die Verbindungswelle kann als gemeinsame Antriebwelle dienen.
Zur„schwenkwiegeninternen" Kopplung des jeweiligen Stellzylinders mit dem jeweiligen zusätzlichen Stellzylinder über deren Versorgung kann im ersten Leitungspaar ein erster Stromteiler angeordnet sein, während im zweiten Leitungspaar ein zweiter Stromteiler angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Stromteiler zwei miteinander über eine Verbindungswelle gekoppelte Pumpen.
Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine ist die erste Schwenkwiege über einen ersten rotatorischen Aktor und die zweite Schwenkwiege ist über einen zweiten rotatorischen Aktor schwenkbar. Dabei sind die beiden rotatorischen Aktoren aneinander gekoppelt. Die Aktoren können elektrisch, piezoelektrisch, pneumatisch oder hydraulisch ausgeführt sein.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der erste rotatorische Aktor ein erster hydraulischer Schwenkflügelmotor und der zweite rotatorische Aktor ein zweiter hydraulischer Schwenkflügelmotor ist. Wenn die beiden Schwenkflügelmotoren jeweils eine in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels wirkende Arbeitsleitung und eine in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirkende Arbeitsleitung haben, dann kann die erfindungsgemäße Kopplung der Schwenkwiegenverstellung über zwei Stromteiler erfolgen. Der eine Stromteiler ist mit den beiden in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels wirkenden Arbeitsleitungen und der andere Stromteiler mit den beiden in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirkenden Arbeitsleitungen verbunden. Vorzugsweise sind die beiden Stromteiler jeweils zwei miteinander über eine Verbindungswelle gekoppelte Pumpen.
Die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Schenkwiegen kann auch über eine zur Triebwelle schräg angestellte Koppelstange erfolgen, die an der ersten Schwenkwiege über ein erstes Gelenk und an der zweiten Schwenkwiege über ein zweites Gelenk angelenkt ist. Die beiden Gelenke sind jeweils an verschiedenen Seiten der Triebwelle an der jeweiligen Schwenkwiege angelenkt. Es kann ergänzend auch eine zweite Koppelstange zur Erzeugung einer Symmetrie und als Verstärkung vorgesehen werden.
Die erfindungsgemäße Kopplung der beiden Schenkwiegen kann auch über zwei bezogen auf die Triebwelle schräg gespannte und gekreuzte biegeschlaffe Zugmittel erfolgen, die jeweils an der ersten Schwenkwiege an einem ersten Befestigungspunkt und an der zweiten Schwenkwiege an einem zweiten Befestigungspunkt befestigt sind. Die beiden Befestigungspunkte eines der beiden Zugmittel sind an verschiedenen Seiten der Triebwelle an der jeweiligen Schwenkwiege befestigt.
Die beiden Schwenkwiegen können auch etwa parallel zueinander angeordnet und über eine im Wesentlichen parallel zur Triebwelle angeordnete Koppelstange aneinander gekoppelt sein.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 8 ein achtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung;
Figur 10 ein zehntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung; und
Figur 11 ein elftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Die Kolbenmaschine hat eine durchgehende Triebwelle, von der in Figur 1 nur zwei Endabschnitte 1a, 1 b gezeigt sind, die jeweils über ein Wälzlager 2a, 2b gelagert sind.
Am Außenumfang der Triebwelle sind zwei Schwenkwiegen 4a, 4b angeordnet, an denen einander zugewandte Schrägscheiben 6a, 6b angeordnet sind. An jede Schrägscheibe 6a, 6b ist eine Vielzahl von Zylinderhülsen über ihre jeweilige Stirnseite und über eine mit den Zylinderhülsen umlaufende Trommelscheibe 7a, 7b, die eine der Anzahl der anliegenden Zylinderhülsen entsprechende Anzahl von Fluiddurchlässen hat, angekoppelt. Dabei ist in Figur 1 nur eine beispielhafte Zylinderhülse 8a gezeigt.
Die Schwenkwiegen 4a, 4b mit den Schrägscheiben 6a, 6b und die daran gekoppelten Zylinderhülsen 8a sind spiegelbildlich bezüglich einer mittleren Ebene 10 und schräg bezüglich der Triebwelle der Kolbenmaschine angeordnet. Die mittlere Ebene 10 steht senkrecht zur Triebwelle und ist in Figur 1 in einer„geschnittenen" Darstellung als Strichpunktlinie gezeigt.
Im Bereich der mittleren Ebene 10 ist eine (in Figur 1 nicht gezeigte) drehfest mit der Triebwelle verbundene Scheibe angeordnet (vgl. Scheibe 742 aus Figur 8). An den beiden etwa kreisförmigen einander gegenüber liegenden Oberflächen der Scheibe sind mehrere Kolben befestigt, von denen in Figur 1 beispielhaft nur ein Kolben 12a gezeigt ist.
Wenn die erfindungsgemäße Kolbenmaschine als Pumpe genutzt wird, wird sie an einem der Endabschnitte 1a, 1 b der Triebwelle angetrieben. Über die (nicht gezeigte) Scheibe werden die Kolben 12a auf einer Umlaufbahn um die Triebwelle mitgenommen und nehmen ihrerseits die Zylinderhülsen 8a mit. Durch die Schrägstellung der beiden Schrägscheiben 6a, 6b führen die Zylinderhülsen 8a eine Hubbewegung gegenüber dem jeweiligen Kolben 12a aus.
In jeder Schwenkwiege 4a, 4b sind zwei etwa nierenförmige Langlöcher vorgesehen, von denen eines mit einem Hochdruckkanal HDa, HDb und das andere mit einem Niederdruckkanal NDa, NDb verbunden sind. Die beiden Hochdruckkanäle HDa, HDb führen zu einem gemeinsamen (nicht gezeigten) Hochdruckanschluss der Kolbenmaschine, während die beiden Niederdruckkanäle NDa, NDb an einem gemeinsamen (nicht gezeigten) Niederdruckanschluss der Kolbenmaschine angeschlossen sind. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die beiden Hochdruckkanäle HDa und HDb auch getrennt bleiben und der Druckmittelversorgung von jeweils anderen hydraulischen Verbrauchern dienen. Entsprechendes gilt für die Niederdruckkanäle.
Bezüglich weiterer Details der gezeigten Kolbenmaschine wird auf die Druckschrift EP 1 705 372 A1 verwiesen.
Die Verstellung bzw. Einstellung der Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b (über die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b) ist erfindungsgemäß synchronisiert, wobei dazu beim ersten Ausführungsbeispiel eine mechanische Kopplung vorgesehen ist, die über einen Differenziaizylinder 14 angetrieben wird. Von den beiden Schwenkwiegen 4a, 4b erstreckt sich jeweils ein Hebelarm 16a, 16b in Richtung zur mittleren Ebene 10, wobei am zur mittleren Ebene 10 benachbarten Endabschnitt jedes Hebelarms 16a, 16b ein Zapfen 18a, 18b befestigt ist. Die beiden Zapfen 18a, 18b erstrecken sich ebenfalls spiegelsymmetrisch zur mittleren Ebene 10 und senkrecht zur Zeichenebene. Sie sind zusammen in einer graden Kulisse 20 aufgenommen, die sich etwa parallel zur Triebwelle beidseitig der mittleren Ebene 10 und spiegelsymmetrisch zu dieser erstreckt. Die Kulisse 20 ist entsprechend dem Pfeil über den Differenziaizylinder 14 in senkrechter Richtung zur Triebwelle verfahrbar. Dabei wandern die beiden Zapfen 18a, 18b entweder aufeinander zu oder voneinander weg und verstellen so über den
jeweiligen Hebelarm 16a, 16b und über die jeweilige Schwenkwiege 4a, 4b die beiden Schrägscheiben 6a, 6b synchron.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Dabei entsprechen die Triebwelle mit den beiden Endabschnitten 1a, 1 b und den beiden Wälzlagern 2a, 2b sowie die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b mit den beiden Schrägscheiben 6a, 6b und mit den beiden Trommelscheiben 7a, 7b und die vier Kanäle HDa, HDb, NDa, NDb denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Weiterhin hat das zweite Ausführungsbeispiel auch zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten, von denen in Figur 1 nur eine Zylinder-Kolben-Einheit 8a, 12a beispielhaft gezeigt ist.
Die Verstellvorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels hat zwei an der jeweiligen Schwenkwiege 4a, 4b befestigte Hebelarme 116a, 116b, die sich (in Figur 2) von einer jeweiligen Drehachse 119a, 119b aus nach oben erstrecken und dabei spiegelsymmetrisch zur mittleren Ebene 10 angeordnet sind. Von der jeweiligen
Schwenkwiege 4a, 4b abgewandte Endabschnitte der beiden Hebelarme 116a, 116b sind drehbar mit einer jeweiligen Spindelmutter 118a, 118b verbunden. Die beiden Spindelmuttern 118a, 118b sind an einer gemeinsamen Spindel 120 angeordnet, die mittels geeigneter Lagerung axial fixiert ist. Die Spindel 120 verläuft etwa parallel zur Triebwelle und kann von einem Elektromotor 114 in beide Richtungen in Rotation versetzt werden. Durch einander entgegen gesetzte Gewindeabschnitte an der Spindel 120 in den Bereichen der jeweiligen Spindelmutter 118a, 118b werden diese durch eine Drehung der Spindel 120 entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegt.
Dadurch ist die erfindungsgemäße Kopplung der Einstellung der beiden
Schrägscheiben 6a, 6b auf mechanische Weise gegeben.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Dabei entsprechen die
Triebwelle mit den beiden Endabschnitten 1a, 1 b und den beiden Wälzlagern 2a, 2b, die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b mit den beiden Schrägscheiben 6a, 6b und den beiden Trommelscheiben 7a, 7b, die vier Kanäle HDa, HDb, NDa, NDb und die beiden Hebelarme 16a, 16b denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1.
Weiterhin hat das dritte Ausführungsbeispiel auch zwei Gruppen von Zylinder-Kolben- Einheiten, von denen in Figur 1 nur eine Zylinder-Kolben-Einheit 8a, 12a beispielhaft gezeigt ist.
An den beiden einander zugewandten Endabschnitten der beiden Hebelarme 16a, 16b ist jeweils ein Zahnradsegment 218a, 218b angeordnet. Die beiden Zahnradsegmente 218a, 218b sind spiegelsymmetrisch bezüglich der mittleren Ebene 10 angeordnet und kämmen miteinander. Dadurch ist eine mechanische Kopplung der beiden Schrägscheiben 6a, 6b gegeben, wobei die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b durch eine (nicht gezeigte) Verstellvorrichtung eingestellt werden können.
Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Dabei entsprechen die Triebwelle mit den beiden Endabschnitten 1a, 1 b und den beiden Wälzlagern 2a, 2b, die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b mit den beiden Schrägscheiben 6a, 6b und den beiden Trommelscheiben 7a, 7b, die vier Kanäle HDa, HDb, NDa, NDb denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Weiterhin hat das vierte Ausführungsbeispiel auch zwei Gruppen von Zylinder-Kolben-Einheiten, von denen in Figur 1 nur eine Zylinder-Kolben-Einheit 8a, 12a beispielhaft gezeigt ist.
Zur erfindungsgemäßen Kopplung der Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b ist gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel eine Koppelstange 320 vorgesehen, die über ein erstes Gelenk 318a an die erste Schwenkwiege 4a und über ein zweites Gelenk 318b an die zweite Schwenkwiege 4b gekoppelt ist. Die Koppelstange 320 verläuft schräg zur Triebwelle und schräg zur mittleren Ebene 10. Dabei ist das erste Gelenk 318a in einem Bereich der ersten Schwenkwiege 4a angeordnet, die vergleichsweise großen Abstand zu einem bezüglich der mittleren Ebene 10 spiegelbildlichen Bereich der zweiten Schwenkwiege 4b hat, während das zweite Gelenk 318b an einem Bereich der zweiten Schwenkwiege 4b angeordnet ist, der einen vergleichsweise kleinen Abstand zu einem bezüglich der mittleren Ebene 10 spiegelbildlichen Bereich der ersten Schwenkwiege 4a hat. Somit sind die beiden Gelenke 318a, 318b an verschiedenen Seiten der beiden Schwenkwiegen 4a, 4b bezüglich der Triebwelle angeordnet.
Über eine (nicht gezeigte) Verstellvorrichtung wird die Koppelstange 320 oder eine der beiden Schwenkwiegen 4a, 4b bewegt, wobei die beiden Schrägscheiben der 6a, 6b mechanisch synchronisiert sind.
Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Dabei entsprechen die
Triebwelle mit den beiden Endabschnitten 1a, 1 b und den beiden Wälzlagern 2a, 2b, die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b mit den beiden Schrägscheiben 6a, 6b und den beiden Steuerplatten 7a, 7b, die vier Kanäle HDa, HDb, NDa, NDb und die beiden Hebelarme 116a, 116b denjenigen des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2. An den Schwenkwiegen 4a, 4b sind entsprechend die beiden Hebelarme 116a, 116b befestigt, die sich (in Figur 5) von der jeweiligen Drehachse 119a, 119b nach oben erstrecken und dabei spiegelsymmetrisch zur mittleren Ebene 10 angeordnet sind. Dabei sind die von der jeweiligen Schwenkwiege 4a, 4b abgewandten Endabschnitte der Hebelarme 116a, 116b über ein jeweiliges Drehschubgelenk mit einer Kolbenstange eines jeweiligen Stellzylinders 422a, 422b verbunden. Die Wirkrichtungen der beiden Stellzylinder 422a, 422b sind parallel zur Triebwelle nach außen gerichtet, wobei durch eine derartige Bewegung die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b vergrößert werden. Zur Rückstellung der Stellzylinder 422a, 422b und damit zur Verringerung der Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b sind Rückstellfedern vorgesehen.
Zur erfindungsgemäßen Synchronisation der hydraulischen Verstellung ist jedem Stellzylinder 422a, 422b eine Konstantpumpe 424a, 424b zugeordnet, über die der jeweilige Stellzylinder 422a, 422b mit Druckmittel versorgt werden kann. Dabei haben die beiden Konstantpumpen 424a, 424b eine Verbindungswelle 426, über die ihre beiden Fördervolumina und damit die Verstellwege der beiden Stellzylinder 422a, 422b hydraulisch synchronisiert sind.
Figur 6 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Das sechste Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5. Daher
wird im Folgende nur der Unterschied das sechsten Ausführungsbeispiels gegenüber dem fünften Ausführungsbeispiel erläutert: Die gleichmäßige synchrone Versorgung der beiden Stellzylinder 422a, 422b mit Druckmittel erfolgt über einen Stufenzylinder 528 mit entsprechendem Stufenkolben 530. Damit sind ein Ringraum 532 und ein zylindrischer Raum 534 gebildet, wobei eine den Ringraum 532 begrenzende Ringfläche des Stufenkolbens 530 und eine den zylindrischen Raum 534 begrenzende Stirnfläche des Stufenkolbens 530 gleich groß sind. Der Ringraum 532 des Stufenzylinders 528 ist an den ersten Stellzylinder 422a angeschlossen, während der zylindrische Raum 534 des Stufenzylinders 528 an den zweiten Stellzylinder 422b angeschlossen ist.
Bei einer Bewegung des Stufenkolbens (in Figur 6) nach rechts führt dieser einen Verdrängerhub aus. Die aus dem Ringraum 532 in den ersten Stellzylinder 422a geförderte Druckmittelmenge entspricht derjenigen Druckmittelmenge, die aus dem zylindrischen Raum 534 zum zweiten Stellzylinder 422b gefördert wird. Auch damit sind die Verstellhübe der beiden Stellzylinder 422a, 422b und damit die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b stets gleich groß.
Figur 7 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Das siebte Ausführungsbeispiel entspricht weitgehend dem fünften Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 und dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6, so dass im Folgenden nur die Unterschiede zum fünften und zum sechsten Ausführungsbeispiel erläutert werden: Die beiden Stellzylinder 422a, 422b werden über ein jeweiliges 3/2-Wegeventil, das als Regelventil 636a, 636b dient, entweder mit Hochdruck P verbunden oder zu Niederdruck T entlastet. Bei einer Verbindung der beiden Regelventile 636a, 636b mit Hochdruck werden die beiden Stellzylinder 422a, 422b nach außen verfahren, wodurch die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b vergrößert werden.
Dabei werden die Stellungen der beiden Kolbenstangen der Stellzylinder 422a, 422b von einem jeweiligen Wegsensor 638a, 638b erfasst und zu einer Regeleinheit 640 übermittelt. Von der Regeleinheit 640 werden die Regelventile 636a, 636b über jeweilige Aktuatoren eingestellt.
Die erfindungsgemäße Kopplung der Verstellwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b erfolgt beim siebten Ausführungsbeispiel in Form einer elektrohydraulischen Regelung der Verstellwinkel.
Figur 8 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe in einer schematischen Darstellung. Wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist senkrecht zur Triebwelle 1 eine dazu konzentrische Scheibe 742 angeordnet. Wie auch bei den vorherigen Ausführungsbeispielen sind an beiden gegenüber liegenden Seiten der Scheibe 742 am Umfang verteilt Kolben befestigt, von denen in Figur 8 beispielhaft nur jeweils ein Kolben 12a, 12b gezeigt ist. Diese tauchen jeweils in einer Zylinderhülse 8a, 8b ein. Dabei sind die Zylinderhülsen 8a der ersten Gruppe von Zylinder-Kolben-Einheiten 8a, 12a über die erste Trommelscheibe 7a an die erste Schrägscheibe 6a gekoppelt, während entsprechend die Zylinderhülsen 8b der zweiten Gruppe von Zylinder-Kolben-Einheiten 8b, 12b über die zweite Trommelscheibe 7b an die zweite Schrägscheibe 6b gekoppelt sind. Die beiden Schrägscheiben 6a, 6b stehen im Normalbetrieb schräg zur Triebwelle 1 und zur Scheibe 742.
Beim achten Ausführungsbeispiel ist die Scheibe 742 und damit indirekt auch die Triebwelle 1 über zwei Radiallager 744a, 744b an einem (nicht gezeigten) Gehäuse der Kolbenmaschine abgestützt.
Beim achten Ausführungsbeispiel sind die beiden Schrägscheiben 6a, 6b über ihre jeweilige Schwenkwiege 704a, 704b etwa parallel zueinander ausgerichtet. Diese Parallelstellung bleibt auch bei einem Verschwenken der beiden Schrägscheiben 6a, 6b erhalten, wobei die erfindungsgemäße Synchronisation der Verschwenkung in diesem Ausführungsbeispiel mechanisch erfolgt. Dazu ist eine Koppelstange 720 vorgesehen, die etwa parallel zur Triebwelle 1 verläuft. Die Koppelstange 720 ist über etwa senkrecht zur Triebwelle 1 verlaufende Verbindungsabschnitte 721a, 721 b gelenkig mit den beiden Schwenkwiegen 704a, 704b verbunden. Durch eine (in Figur 8) nicht gezeigte Verstellvorrichtung wird die Koppelstange 720 parallel zur Triebwelle 1 bewegt, wodurch die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b erfindungsgemäß synchron verstellt werden.
Figur 9 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer schematischen seitlichen Darstellung. Dabei entsprechen die Triebwelle 1 mit den beiden Endabschnitten 1a, 1b und mit den beiden Wälzlagern 2a, 2b, die beiden Schwenkwiegen 4a, 4b mit den Schrägscheiben 6a, 6b und mit den (in Figur 9 nicht gezeigten) Trommelscheiben 7a, 7b und die vier Kanäle HDa, HDb, NDa, NDb denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1. Zum Einstellen des jeweiligen Schwenkwinkels der beiden Schrägscheiben 6a, 6b ist an jeder
Schwenkwiege 4a, 4b ein Schwenkflügelmotor 846a, 846b angeordnet. Die beiden Schwenkflügelmotoren 846a, 846b können jeweils in zwei Richtungen angetrieben werden, wodurch eine Verkleinerung oder Vergrößerung des jeweiligen
Schwenkwinkels und damit des Schluck- bzw. Fördervolumens der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine einstellbar ist.
Zwei Verdrängermaschinen (Konstantpumpen/-motoren oder auch Stromteiler) 424a, 424b, deren Fördervolumenströme über eine Verbindungswelle 426
vergleichmäßigt sind, versorgen die beiden Schwenkflügelmotoren 846a, 846b erfindungsgemäß synchron mit Druckmittel. Dadurch werden die Schwenkwinkel der beiden Schrägscheiben 6a, 6b synchron vergrößert.
Zwei weitere Verdrängermaschinen (Konstantpumpen/-motoren oder auch
Stromteiler) 824a, 824b, deren Fördervolumenströme ebenfalls über eine
Verbindungswelle 826 vergleichmäßigt sind, versorgen die beiden Schwenk- flügelmotoren 846a, 846b mit Druckmittel, wobei diese Versorgung zu einem Zurückschwenken der Schrägscheiben 6a, 6b führt.
Figur 10 zeigt ein zehntes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Darstellung. Dieses Ausführungsbeispiel hat alle Bauteile des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5, so dass im Folgenden nur die darüber hinausgehenden Bauteile erläutert werden: Zur Verbesserung der Einleitung eines Schwenk-Drehmoments in die jeweilige Schwenkwiege 4a, 4b um die jeweilige Drehachse 1 9a, 119b ist an jeder Schwenkwiege 4a, 4b ein zusätzlicher Hebelarm 917a, 917b befestigt, an den ein entsprechender zusätzlicher Stellzylinder 923a, 923b angelenkt ist. Die beiden zusätzlichen Hebelarme 917a, 917b,
die beiden zusätzlichen Stellzylinder 923a, 923b und ihre Rückstellfedern sind baugleich mit denjenigen des fünften Ausführungsbeispiels gemäß Figur 5. Die zusätzlichen Stellzylinder 923a, 923b und ihre Rückstellfedern sind parallel zur Triebwelle 1 ausgerichtet. Dabei sind die beiden zusätzlichen Hebelarme 917a, 917b und die beiden zusätzlichen Stellzylinder 923a, 923b bezogen auf die Triebwelle 1 gegenüber den beiden Hebelarmen 116a, 116b bzw. gegenüber den beiden Stellzylindern 422a, 422b angeordnet. Die beiden zusätzlichen Stellzylinder 923a, 923b werden auf gleiche Weise mit Druckmittel von den jeweils zugeordneten Verdrängermaschinen
(Konstantpumpen/-motoren oder auch Stromteiler) 424a, 424b versorgt, wie die beiden Stellzylinder 422a, 422b und wirken ebenfalls in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels der Kolbenmaschine.
Figur 11 zeigt ein elftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kolbenmaschine in einer seitlichen schematischen Darstellung. Da das elfte Ausführungsbeispiel weitgehend dem zehnten Ausführungsbeispiel entspricht, werden im Folgenden nur die Unterschiede zum zehnten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 10 erläutert:
Zwischen der ersten Konstantpumpe 424a und den beiden ersten Stellzylindern 422a, 923a ist zur Vergleichmäßigung der Drehmomenteinleitung ein erster Stromteiler 1050a, 1052a angeordnet. Entsprechend ist auch zwischen der zweiten Konstantpumpe 424b und den beiden von ihr versorgten zweiten Stellzylindern 422b, 923b ein Stromteiler 1050b, 1052b angeordnet. Die beiden Verdrängermaschinen 424a und 424b arbeiten hier in erster Linie als Konstantpumpen, weshalb sie oben auch so bezeichnet sind. Die beiden Stromteiler bestehen jeweils aus zwei Konstantmotoren 1050a, 1050b, die über eine jeweilige Verbindungswelle 1052a, 1052b mechanisch aneinander gekoppelt sind.
Die Verbindungswellen 426, 826 der Ausführungsbeispiele gemäß Figuren 9, 10 und 11 können auch zum Antrieb der beiden daran gekoppelten Konstantpumpen 424a, 424b bzw. 824a, 824b dienen.
Offenbart ist eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Zylinder-Kolben-Einheiten. Die Kolben sind - vorzugsweise über eine gemeinsame Scheibe - an eine Triebwelle gekoppelt und laufen mit dieser um. Die
Zylinder der ersten Gruppe sind an eine erste Schrägscheibe gekoppelt, während die Zylinder der zweiten Gruppe an eine zweite Schrägscheibe gekoppelt sind. Die erste Schrägescheibe ist über eine erste Schwenkwiege und die zweite Schrägescheibe entsprechend über eine zweite Schwenkwiege verschwenkbar. Die beiden Schwenkwiegen bzw. ihre Schwenkwinkel sind - vorzugsweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch - aneinander gekoppelt und synchronisiert.
Claims
1. Hydrostatische Kolbenmaschine mit einer ersten und mit einer zweiten Gruppe von Zylinder-Kolben-Einheiten (8a, 12a, 8b, 12b), wobei die Zylinder von Zylinderhülsen (8a, 8b) gebildet sind, und wobei die in die Zylinderhülsen eintauchenden Kolben (12a, 12b) an eine Triebwelle (1 ) gekoppelt sind und mit dieser umlaufen, und wobei der Hub zwischen den Zylinderhülsen (8a) und den Kolben (12a) der ersten Gruppe von der Stellung einer ersten verstellbaren Schwenkwiege (4a) und der Hub zwischen den Zylinderhülsen (8b) und den Kolben (12b) der zweiten Gruppe von der Stellung einer zweiten verstellbaren Schwenkwiege (4b) abhängt, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwenkwiegen (4a, 4b) aneinander gekoppelt und in ihrer Verstellung synchronisiert sind.
2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 , wobei die beiden Gruppen von
Zylinder-Kolben-Einheiten (8a, 12a, 8b, 12b) und die beiden Schwenkwiegen (4a, 4b) im Wesentlichen spiegelbildlich zu einer senkrecht zur Triebwelle (1 ) angeordneten mittleren Ebene (10) der Kolbenmaschine angeordnet sind.
3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, wobei an den beiden Schwenkwiegen (4a, 4b) jeweils direkt oder über ein Verbindungselement (16a, 16b) ein
Zapfen (18a, 18b) oder Bolzen befestigt ist, wobei die beiden Zapfen (18a, 18b) oder Bolzen in einer etwa parallel zur Triebwelle (1 ) verlaufenden gemeinsamen Kulisse (20) geführt sind, und wobei ein Abstand der Kulisse (20) zur Triebwelle (1 ) einstellbar ist.
4. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, wobei an die beiden Schwenkwiegen (4a, 4b) jeweils direkt oder über ein jeweiliges Verbindungselement (116a, 116b) eine Spindelmutter (118a, 118b) gekoppelt ist, und wobei die beiden Spindelmuttern (118a, 118b) über eine etwa parallel zur Triebwelle (1 ) verlaufende Spindel (120) gekoppelt sind.
5. Kolbenmaschine nach Anspruch 3, wobei an den beiden Schwenkwiegen (4a, 4b) jeweils direkt oder über ein Verbindungselement (16a, 16b) ein Zahn- radsegment (218a, 218b) befestigt ist, und wobei die beiden Zahnradsegmente (218a, 218b) miteinander kämmen.
6. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 , wobei an die erste Schwenkwiege direkt oder über ein Verbindungselement ein erster Linearaktuator gekoppelt ist, und wobei an die zweite Schwenkwiege direkt oder über ein Verbindungselement ein zweiter Linearaktuator gekoppelt ist.
7. Kolbenmaschine nach Anspruch 6, wobei der erste Linearaktuator ein erster Stellzylinder (422a) ist, und wobei der zweite Linearaktuator ein zweiter Stellzylinder (422b) ist.
8. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, wobei den beiden Stellzylindern (422a, 422b) ein gemeinsamer hydraulischer Stromteiler vorgeschaltet ist.
9. Kolbenmaschine nach Anspruch 8, wobei der hydraulische Stromteiler von zwei Konstantverdrängermaschinen (424a, 424b) gebildet ist, von denen die beiden Stellzylinder (422a, 422b) versorgbar sind, und wobei die beiden Konstantverdrängermaschinen (424a, 424b) über eine Verbindungswelle (426) aneinander gekoppelt sind.
10. Kolbenmaschine nach Anspruch 8, wobei der hydraulische Stromteiler von einem Stufenzylinder (528) mit Stufenkolben (530) gebildet ist, von dem die beiden Stellzylinder (422a, 422b) versorgbar sind, und wobei ein Ringraum (532) und ein zylindrischer Raum (534) des Stufenzylinders (528) jeweils mit einem der Stellzylinder (422a, 422b) verbunden sind, und wobei eine den Ringraum (532) begrenzende Ringfläche des Stufenkolbens (530) und eine den zylindrischen Raum (534)
begrenzende Stirnfläche des Stufenkolbens (530) gleich groß sind.
11. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, wobei den beiden Stellzylindern (422a, 422b) jeweils ein Regelventil (636a, 636b) vorgeschaltet ist, dessen jeweiliger Aktuator von einer gemeinsamen elektronischen Regeleinheit (640) in Abhängigkeit eines jeweiligen Wegsensors (638a, 638b) oder Schwenkwinkelsensors einstellbar ist, wobei die beiden Wegsensoren (638a, 638b) an einen jeweiligen Stellkolben des Stellzylinders (422a, 422b) gekoppelt sind.
12. Kolbenmaschine nach Anspruch 7, wobei an die erste Schwenkwiege (4a) ein erster zusätzlicher Stellzylinder (923a) an einer dem ersten Stellzylinder (422a) gegenüber liegenden Seite der Triebwelle (1 ) angelenkt ist, und wobei an die zweite Schwenkwiege (4b) ein zweiter zusätzlicher Stellzylinder (923b) an einer dem zweiten Stellzylinder (422b) gegenüber liegenden Seite der Triebwelle (1 ) angelenkt ist, und wobei Wirkrichtungen des jeweiligen Stellzylinders (422a, 422b) und des jeweiligen zusätzlichen Stellzylinders (923a, 923b) in eine gleiche Schwenkrichtung der jeweiligen Schwenkwiege (4a, 4b) gerichtet sind.
13. Kolbenmaschine nach Anspruch 12, wobei an den beiden Stellzylindern (422a, 422b) oder an den beiden zusätzlichen Stellzylindern (923a, 923b)
Rückstellfedern vorgesehen sind.
14. Kolbenmaschine nach Anspruch 12, wobei der erste Stellzylinder (422a) und der erste zusätzliche Stellzylinder (923a) über ein erstes Leitungspaar von einer gemeinsamen ersten Konstantpumpe (424a) versorgbar sind, und wobei der zweite Stellzylinder (422b) und der zweite zusätzliche Stellzylinder (923b) über ein zweites Leitungspaar von einer gemeinsamen zweiten Konstantpumpe (424b) versorgbar sind, und wobei die beiden Pumpen (424a, 424b) über eine Verbindungswelle (426) aneinander gekoppelt sind.
15. Kolbenmaschine nach Anspruch 14, wobei im ersten Leitungspaar ein erster Stromteiler (1050a, 1052a) angeordnet ist, und wobei im zweiten Leitungspaar ein zweiter Stromteiler (1050b, 1052b) angeordnet ist.
16. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 , wobei die erste Schwenkwiege über einen ersten rotatorischen Aktor schwenkbar ist, und wobei die zweite Schwenkwiege über einen zweiten rotatorischen Aktor schwenkbar ist, und wobei die beiden
rotatorischen Aktoren aneinander gekoppelt sind.
17. Kolbenmaschine nach Anspruch 16, wobei der erste rotatorische Aktor ein erster hydraulischer Schwenkflügelmotor (846a) ist, und wobei der zweite rotatorische Aktor ein zweiter hydraulischer Schwenkflügelmotor (846b) ist, und wobei die beiden Schwenkflügelmotoren (846a, 846b) jeweils eine in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels wirkende Arbeitsleitung und eine in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirkende Arbeitsleitung haben, und wobei die beiden in Richtung einer Vergrößerung des Schwenkwinkels wirkenden Arbeitsleitungen und die beiden in Richtung einer Verkleinerung des Schwenkwinkels wirkenden Arbeitsleitungen jeweils über einen Stromteiler (424a, 424b, 426, 824a, 824b, 826) gekoppelt sind.
18. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, wobei eine zur Triebwelle (1 ) schräg angestellte Koppelstange (320) über ein erstes Gelenk (318a) an der ersten Schwenkwiege (4a) und über ein zweites Gelenk (318b) an der zweiten Schwenkwiege (4b) angelenkt ist, und wobei die beiden Gelenke (318a, 318b) jeweils an verschiedenen Seiten der Triebwelle (1 ) angeordnet sind.
19. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, wobei zwei bezogen auf die Triebwelle schräg gespannte und gekreuzte biegeschlaffe Zugmittel jeweils an der ersten
Schwenkwiege an einem ersten Befestigungspunkt und an der zweiten Schwenkwiege an einem zweiten Befestigungspunkt befestigt sind, und wobei die beiden Befestigungspunkte jedes Zugmittels an verschiedenen Seiten der Triebwelle befestigt sind.
20. Kolbenmaschine nach Anspruch 1 , wobei die beiden Schwenkwiegen (704a, 704b) etwa parallel zueinander angeordnet und über eine im Wesentlichen parallel zur Triebwelle (1 ) angeordnete Koppelstange (720) aneinander gekoppelt sind.
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