CN104185734B - 流体静力的轴向活塞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有壳体的流体静力的轴向活塞机，所述轴向活塞机具有驱动轴，法兰盘不可相对转动地固定在所述驱动轴上；所述轴向活塞机具有斜盘，通过驱动轴或者法兰盘带动的转子盘可旋转地支承在所述斜盘上；并且所述轴向活塞机具有多个在所述法兰盘和所述转子盘之间的并且围绕所述驱动轴的轴线分布地布置的挤压单元，所述挤压单元分别包括气缸套以及伸入到所述气缸套中的、具有球节的活塞和伸入到所述气缸套中的球形的万向节，其中在运行期间，活塞或多或少地深深地插入到气缸套中。本发明的目的在于，对于具有所说明的特征的流体静力的轴向活塞机，在整个运行范围中改进其效率并且由此扩大目前的转换范围，并且尤其是在运行中或者在作为液压马达的应用中改进其起动性能。由此实现了，所述万向节位于所述法兰盘处并且所述活塞位于所述转子盘处。

Description

流体静力的轴向活塞机

背景技术

对于传统形式的流体静力的轴向活塞机的“斜盘”的结构原理来说，取决于原理在工作活塞处出现较大的横向力，所述横向力导致活塞夹紧在活塞孔中或者说导致活塞在活塞孔中具有较大的摩擦。这一点在作为液压马达的应用中、尤其是从静止状态起动时产生消极的影响，这是由于首先必须克服内部的起步力。如果斜盘式机器作为液压马达例如应用在车辆中，则必须通过液压机施加用于起动所必要的转矩。附加地，必须在起动时刻克服内部摩擦（起步力矩）。马达的、用于起动所必要的挤压体积增大了确切地说用于突破内部摩擦所必要的挤压体积。由此这样的马达增大了挤压体积的份额，所述份额仅仅对于突破是必要的。对于斜盘式机器来说，这种用于突破的份额为大约为挤压体积的30%至40%。斜盘马达需要以比用于原本起动所需的份额更大的份额进行构造。

传统形式的轴向活塞机的“斜轴向”结构原理具有取决于原理较出色的起动性能，这是由于在工作活塞和活塞孔之间仅仅出现较小的横向力。因而通常该原理作为液压马达进行应用。在已公开的结构中，借助活塞环对活塞室进行防泄漏地密封。这在运行中导致在活塞/活塞环和活塞孔之间出现相对较大的摩擦力。其结果在于，液压马达的具有较小摆动角度的区域变得没有用处，这是由于该摩擦力导致有用的转矩被减小。其结果是液压马达的转换范围受限（更小的摆动角度的范围是不可用的：大概小于5°）。

已公开的、具有摆动底座的斜轴线结构的另一个缺点在于，其最大的摆动角度被限制在大约30°。其原因归结于在摆动底座处的受力情况。当摆动角度大于30°时，在摆动底座和气缸滚筒之间流体静力卸载的提升的力大于气缸滚筒下压的力，并且传动机构被提升。如果想要实现大于30°的摆动角度，则因而必须应用已公开的摆动轭结构（Schwenkjoch-Konstruktion）。然而该结构非常大/沉，并且因而对于许多驱动任务（尤其是在汽车领域）无法应用。上述两个缺点导致了，具有摆动底座的斜轴线机构如今仅仅作为可调整的液压马达在单象限运行中进行应用。也就是说，马达可以从“零摆动角度”位置仅仅在按照一侧调整到“最大摆动角度”。理论上也可以为带有摆动底座的两象限发动机。然而转换范围则减小到每个象限15°，若减去无用的大约5°的摆动角度（由于上文提到的摩擦）则减小到大约10°。基于该可用的较小的摆动角度，液压马达会构造地非常大型，并且由此能够在许多应用中、尤其是在汽车领域（挖掘机、轮胎式装载机等）得到使用。这对于流体静力的行驶驱动装置来说意味着现在可供使用的液压马达在封闭的循环中运行。通过泵的主动摆动来使行驶方向发生转向。

斜轴线结构的另一个缺点在于，基于所提到的原因仅仅当将摆动角度限制到最大15°时，能够将传动轴穿引通过传动机构。由此，该机器不具备主动驱动能力。则不能进行多级布置。如果将斜轴线结构原理运用在泵上，则不能进行多级布置或者不能增设附加的供给泵或者其他的辅助泵。而一直需要用于另一个泵的附加的输出。

由文献WO 2003/058035 A1公开的浮杯结构或者由文献DE 10 2007 011 441 A1公开的倾杯结构的根本性缺点在于将最大的摆动角度由于原理决定地限制到最大大约10°。由此，所述机器相对于允许更大的摆动角度的机器而言相对更加大型。另一个缺点在于，必须通过摆动摇台进行挤压部的换向，这是由于处于空间原因活塞颈不允许实施换向。此外，当转速更高时，固定杯状物造成了困难。杯状物倾向于提升。此外，杯状物无法流体静力地卸载达到100%，这是由于否则会面临被提升的风险。也就是说，在该位置处取决于原理存在比当100%卸载时更大的摩擦。

发明内容

本发明的目的在于，对于具有前述部分中的特征的流体静力的轴向活塞机，在整个运行范围中改进其效率并且由此扩大目前的转换范围，并且尤其是在运行中或者在作为液压马达的应用中改进其起动性能。该结构从原理来看应适合运行在两象限运行中（通过液压马达的主动摆动，车辆前进或者后退）的机器、在开敞的循环中运行机器并且提供主动传动的可能性。

本发明的目标通过一种流体静力的轴向活塞机来实现，所述轴向活塞机具有驱动轴，法兰盘不可相对转动地布置在所述驱动轴上；所述轴向活塞机具有可旋转的转子盘，如此布置或者能够如此调整所述转子盘，从而使得所述转子盘的旋转轴线倾斜于所述驱动轴的轴线延伸，并且所述转子盘能够由所述驱动轴或者所述法兰盘带动；并且所述轴向活塞机具有多个在所述法兰盘和所述转子盘之间的并且围绕所述驱动轴的轴线分布地布置的挤压单元，所述挤压单元分别包括一气缸套以及一伸入到所述气缸套中的、具有球节的活塞和一伸入到所述气缸套中的球形的万向节，其中所述万向节位于所述法兰盘处并且所述活塞位于所述转子盘处。在运行期间，活塞或多或少深入地插入到气缸套中，而万向节和气缸套仅仅是相对于彼此偏转。活塞的轴线与所配属的气缸套的、穿过活塞的球节和万向节的中点的轴线仅仅以较小的角度相交，活塞和气缸套确切地说关于其轴线几乎彼此相对地定向，从而使得能够构造具有较大直径的活塞。

对于由文献WO 2004/055369 A1或者由文献DE 10 2007 011 441 A1公开的流体静力的轴向活塞机来说，其中挤压单元也具有将在运行过程中沿着气缸套运动的活塞和万向节分别插入其中的气缸套，在活塞处产生转矩（视为马达运行），所述活塞也在气缸套中实施升程。这尤其是具有以下缺点，即活塞在其底部/脚部处相对于在其顶部/头部处的直径仅仅具有更小的直径，这是由于在底部处必须要为或多或少倾斜于活塞设置的气缸套腾出空间。由此减弱了活塞。与此相对的，对于根据本发明的流体静力的轴向活塞机，在万向节处产生转矩，而活塞实施升程。

由于活塞和万向节球形的端部，也可以称之为具有双球传动机构（DKT）的流体静力的轴向活塞机。

本发明还给出了流体静力的轴向活塞机的有利的设计方案。

于是一种有利的设计方案在于，所述驱动轴在所述法兰盘的两侧上支承在旋转轴承中，并且所述转子盘布置在所述法兰盘和所述旋转轴承之间并且所述转子盘具有用于所述驱动轴的中央通道。

所述转子盘优选相对于沿所述驱动轴的旋转方向固定的滑动偶件具有平坦的滑动面，并且所述转子盘相对于所述滑动偶件通过定心机构进行定心，其中在一部分处优选通过定心轴环并且在另一部分处通过定心环槽对所述转子盘和所述滑动偶件相对于彼此进行定心。

优选地，滑动偶件的倾斜位置相对于驱动轴的轴线是可变的，从而使得活塞的升程位移和由此轴向活塞机的挤压容积也是可变的。尤其是滑动偶件，与此相对地转子盘转动沿驱动轴的旋转方向固定的斜盘，所述斜盘随后与转子盘一样具有用于驱动轴的中央通道，并且其倾斜位置关于驱动轴的轴线是可变的。

以特别有利的方式，挤压室通过法兰盘和配流板能够在运行中交替地与两个工作端口流体地连接，其中所述法兰盘贴靠在所述配流板上。此后，具体来说通过万向节、法兰盘和配流板进行挤压室在高压和低压之间的换向，所述配流板也可以是一壳体部分。万向节具体来说具有用于换向的中央孔。该中央孔的直径可以大于活塞中的直径，这是由于万向节在其底部处不必像活塞那样强烈地收紧。由此当该体积流量未经转子盘导引时，则也可以是较大的、具有仅仅较小的功率损失的通流横截面。当转子盘在其倾斜位置中可调整时，体积流不流过转子盘则首先使得结构更加简单。

按照本发明目的地，所述活塞和所述万向节具有朝向所述挤压室敞开的凹部以补偿其与所述气缸套之间的间隙。具体来说，并不仅仅是两个组件之中通过其进行换向的那个组件是空心的，而是另外一个也是空心的。

优选地，所述转子盘的倾斜位置关于所述驱动轴的所述轴线是可变的。根据本发明的流体静力的轴向活塞机具体来说优选为在其挤压体积中（每转的升程体积或者注入体积（Schluckvolumen））可调整的机器。尤其是所述转子盘的所述倾斜位置从在其中在气缸套中的活塞的升程为零的位置向着相反的方向是可偏转的。也将其称之为过零液压机或者说过零位置可偏转的液压机。作为马达，这样的机器能够单单通过过零调整使输出轴的旋转方向发生反转并且由此实现两象限运行并且例如实现车辆的前进和后退。如果液压机也还能够作为泵进行运行，则会得到具有产生正转矩和负转矩以及沿相反方向的旋转的可能性的四象限运行。

除了通过配流板的低压接口和低压肾形件来填充挤压室，可以由首先作为液压马达运行的、而也能够作为液压泵运行的液压机的壳体来进行填充，这是特别有利的。为此，壳体的内室附加地连接到低压接口处。挤压室的、从壳体中附加的填充通过在挤压部的位于与配流板的低压肾形件对置的一侧上的开口来实现。

附图说明

在示图中示出了根据本发明的流体静力的轴向活塞机的一个实施例。所示出的轴向活塞机是依据斜盘构造方式的轴向活塞机的结构构造的，并且作为液压马达进行使用。现在根据所示出的流体静力的轴向活塞机对本发明进行进一步说明。

具体实施方式

所示出的轴向活塞机的挤压室分别由气缸套31、万向节32和活塞33构成。万向节和活塞分别在形成挤压室的边界的端部处构造成球形。由此，除了密封作用外同时形成了运动学上必要的铰接功能。此外，这种布置方式的优点在于，该铰接功能根据原理（球形物在管中）以百分之百的流体静力的卸载不仅实施在万向节的侧面上，而且也实施在活塞的侧面上。由此根据原理低摩擦地实施液压机的高负载的铰接。

此外，这种布置方式的优点在于，所有元件根据原理形状配合地相互连接。由此可以彻底放弃使用万向节与气缸套或者说气缸套与活塞（例如借助弹簧）之间的传力配合连接。由此，根据原理，挤压部是低摩擦的。通过挤压部的形状配合的连接根据原理产生较高的转速的可能性。

万向节和活塞具有凹部，所述凹部能够补偿球形物和在压力下扩张的气缸套之间的间隙。如此设置所述凹部，从而使得气缸套和万向节之间或者说气缸套和活塞之间留下的间隙在压力下有针对性地趋于恒定或者说在压力下变小或者说在压力下变大，方法是球状物取决于压力进行扩张。由此能够通过该间隙有针对性地影响漏损。

万向节32在法兰盘34上固定，并且将来自挤压室的流体静力的力转化成在驱动轴35上的转矩。万向节以其轴线平行于驱动轴35的轴线进行定向。万向节32的球节的中点具体来说位于同一个垂直于所述驱动轴的轴线的平面中。借助两个保险环44将万向节32和气缸套如此相互保持，从而使得在其之间仅仅发生摆动运动。活塞33固定在转子盘36处并且相对于气缸套31完成提升运动。根据转子盘可变的倾斜位置，活塞33的轴线倾斜于驱动轴的轴线延伸。

通过随动销37，转子盘与法兰盘34的转速同步地进行随动，所述随动销插入到驱动轴的孔中并且啮合到在转子盘的凸缘处的开槽中，其中在旋转时在驱动轴和转子盘之间发生摆动运动。例如也可以通过万向轴的铰链、同步铰链或者诸如此类来实施该随动。例如借助流体静力的轴承或者借助滚动轴承将转子盘可旋转地支承在摆动台（斜盘）38上。通过在斜盘处的定心轴环54和在转子盘处的定心环槽55对在斜盘处的转子盘进行定心。

驱动轴35在法兰盘34的两侧上借助圆锥滚子轴承56和57可旋转地支承在壳体钵59的底板58中和壳体盖51中。转子盘36和斜盘38布置在法兰盘34和圆锥滚子轴承56之间，也就是说布置在法兰盘34和壳体钵59的底板58之间，并且分别具有用于穿过驱动轴35的中央通道48、49。驱动轴穿过底板58向外伸出，并且在外部具有轴末端，以便由此与驱动的或者待驱动的机器部件进行耦接。

如在典型的斜盘结构中，借助调整系统来进行活塞的升程调整，所述调整系统具有构造成衬套的、具有较大的作用面积的、由未详细示出的阀进行控制的第一调整活塞40和具有较小作用面积的第二调整活塞41，为所述第二调整活塞持续地加载在工作端口处的高压。所述调整活塞为简单作用的活塞，并且关于斜盘的摆动轴线相互对置地进行工作。利用调节活塞41，复位弹簧42沿相同方向发生作用，通过所述复位弹簧预先给定了斜盘的静止位置。

斜盘可以从零位朝相反方向进行偏转，在所述零位中所述斜盘占据一个在其中活塞33不实施升程的位置。这可以被称为过零调整或者主动摆动（Durchschwenken）。由此，流体静力的机器适合作为在开环中的调整马达使用并且适合于次级调节、确切地说适合于不依赖于恰好面临的高压来对机器的转速或者转矩进行调节，其中不仅能够变换旋转方向，而且也能够从马达运行过渡到泵运行中。在此，次级调节与初级调节相对立，在所述初级调节中预先给定了泵的、也就是初级机组的输送量。在次级调节中，通常对泵进行压力调节，然而其中压力预先给定量是可变的。

通过高压管道和低压管道来进行换向，所述高压管道和所述低压管道由未详细示出的位于壳体盖51处的接头位置通往配流板52，所述配流板关于壳体盖不可相对转动地布置在法兰盘34和壳体盖51之间。在法兰盘34和配流板52之间存在滑动配对。在配流板中构造有两个未示出的拱形的凹部，其中每个凹部均朝向在壳体盖51中的管道其中之一敞开，并且利用这些凹部在法兰盘34旋转时使法兰盘中的各个管道53到达顶盖中，所述各个管道穿过万向节32分别通往挤压室。

根据本发明实施例的布置方式能够实现贯通的驱动轴35和主动驱动（Durchtrieb），并且实现多个机器依次连续的布置。当在所示出的轴向活塞机的一种变型方案中法兰盘34位于底板附近并且转子盘和斜盘位于盖板附近时或者当轴末端处于盖板侧时，也可以实现这样一种主动驱动。

例如在采用斜盘构造方式的传统的流体静力的轴向活塞机中，通过配流板52以及法兰盘34来进行挤压部的换向。由此能够不依赖于换向的要求地、且不依赖于法兰盘的流体静力的支承地进行调整。能够实现较大的摆动角和主动摆动。

附加地或者除了示出的通过法兰盘对挤压部进行换向外，也可以通过摆动台38、转子盘36和活塞33对挤压部进行换向。通过附加的换向能够减少在换向时出现的流动损失。机器的最大转速能够得到提升。首先有利的是，在液压机中除了通过配流盘进行填充外，能够通过摆动台38、转子盘36和活塞33对挤压室进行填充，所述液压机能够基于过零调整不仅作为液压马达而且例如也在行驶驱动装置中使用并且随之在制动装置中作为液压泵使用。这是由于在没有其他的用于填充的压力介质路径的情况下，当处于较低的压力梯度时，在敞开的液压循环中必须单独通过在配流板52中的低压肾形件（Niederdruckniere）来填充在泵运行中的挤压室。所示出的轴向活塞机因而具有空心的活塞33以及在转子盘36中配属于活塞的孔45。这些孔在角度区域中交叠（überstreichen），在所述角度区域中在法兰盘34中的孔53和配流板52中的低压肾形件交叠在斜盘38中通过一个或者多个开口46与壳体的内腔室连接的槽47。为了清楚起见，在附图中标明了开口46和槽47，尽管其事实上相对于所示出的方位是颠倒的并且在根据附图的剖面中原本是看不见的。

通过至少两个压力介质路径从低压开始填充在敞开的液压循环中应用的液压机的挤压室，不仅仅在所示出的具有双球传动机构（Doppelkugeltriebwerk）的液压机中，而且也在采用通常的斜盘构造方式的液压机中、在具有浮杯传动机构（Floating-Cup-Triebwerk）或者任何其他可调整的挤压传动机构（尤其是基于活塞-孔）的液压机中得到应用。

根据本发明的流体静力的轴向活塞机、尤其是作为实施例所描述的流体静力的轴向活塞机的优点主要在于：

直接地、无横向力地将挤压部的液压力转换成转矩；

作为液压马达与斜盘结构相比明显更出色的起动性能、比斜轴线结构更出色的起动性能；

相对于斜轴线结构明显更宽的转变范围（在实践中可用的摆动范围）；

液压工作机器的损耗减小；

机器能够（除了上述特征外）进行主动摆动，由此具备了作为在敞开的循环中的液压马达的能力（次级调节）；

由于敞开的循环比封闭的循环需要较少的部件，因而降低了成本；

机器原则上具有主动驱动能力（例如在斜盘结构中能够进行多级布置）。

Claims (12)

1.具有壳体（59、51）的流体静力的轴向活塞机，所述轴向活塞机具有驱动轴（35），法兰盘（34）不可相对转动地布置在所述驱动轴上；所述轴向活塞机具有可旋转的转子盘（36），如此布置或者能够如此调整所述转子盘，从而使得所述转子盘的旋转轴线倾斜于所述驱动轴（35）的轴线延伸，并且所述转子盘能够由所述驱动轴（35）或者所述法兰盘（34）带动；并且所述轴向活塞机具有多个在所述法兰盘（34）和所述转子盘（36）之间的并且围绕所述驱动轴（35）的轴线分布地布置的挤压单元，所述挤压单元分别包括一气缸套（31）以及一以球节伸入到所述气缸套中的活塞（33）和一伸入到所述气缸套中的球形的万向节（32），一挤压室分别由气缸套（31）、万向节（32）和活塞（33）构成，其中在运行期间所述活塞相对于所述气缸套实施一升程，其特征在于，所述万向节（32）位于所述法兰盘（34）处并且所述活塞（33）位于所述转子盘（36）处。

2.按照权利要求1所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述驱动轴（35）在所述法兰盘（34）的两侧上支承在旋转轴承（56、57）中，并且所述转子盘（36）布置在所述法兰盘（34）和两个所述旋转轴承之一之间并且所述转子盘具有用于穿过所述驱动轴（35）的中央通道（48）。

3.按照权利要求1或2所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述转子盘（36）相对于沿所述驱动轴（35）的旋转方向固定的滑动偶件（38）具有平坦的滑动面，并且所述转子盘相对于所述滑动偶件（38）通过定心机构（54、55）进行定心。

4.按照权利要求3所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，通过在转子盘和滑动偶件这两部分中的一部分处的定心轴环（54）和在转子盘和滑动偶件这两部分中的另一部分处的定心环槽（55）对所述转子盘（36）和所述滑动偶件（38）进行定心。

5.按照权利要求1或2所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，挤压室通过所述万向节（32）、法兰盘（34）和配流板（52）能够在运行中交替地与两个工作端口流体地连接，其中所述法兰盘（34）贴靠在所述配流板上。

6.按照权利要求1或2所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述活塞（33）和所述万向节（32）具有朝向所述挤压室敞开的凹部以补偿其与所述气缸套（31）之间的间隙。

7.按照权利要求1或2所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述转子盘（36）的倾斜位置关于所述驱动轴（35）的轴线是可变的。

8.按照权利要求7所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述转子盘（36）相对于沿所述驱动轴（35）的旋转方向固定的斜盘转动，所述斜盘具有用于所述驱动轴（35）的中央通道（49），并且所述斜盘的倾斜位置关于所述驱动轴（35）的轴线是可变的。

9.按照权利要求7所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述转子盘（36）的倾斜位置从某一位置出发向着相反的方向是可变的，在所述位置中所述活塞（33）的升程在所述气缸套（31）中为零。

10.按照权利要求8所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，所述转子盘（36）的倾斜位置从某一位置出发向着相反的方向是可变的，在所述位置中所述活塞（33）的升程在所述气缸套（31）中为零。

11.按照权利要求1或2所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，存在压力介质路径（45、46、47），通过所述压力介质路径能够从所述壳体（59、51）的内腔中填充所述挤压室。

12.按照权利要求11所述的流体静力的轴向活塞机，其特征在于，存在低压端口，并且所述壳体（59、51）的内腔连接到所述低压端口上。