CN104641110A - 致动器装置和轴向活塞机 - Google Patents

Abstract

具有至少一个致动器活塞(2)的致动器装置，为所述致动器活塞配属了两个弹簧(11，12)，所述致动器装置与一调节装置耦合。所述调节装置实施为具有对中系统的摆动调节装置(4)。此外，公开了一种具有摆动架的轴向活塞机。所述摆动架能通过调整阀被调节，所述调整阀包括这样的致动器装置。

Description

致动器装置和轴向活塞机

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个致动器活塞的致动器装置，为所述致动器活塞配属了两个弹簧，并且，所述致动器活塞与一调节装置耦合。本发明还涉及一种轴向活塞机，具有至少一个工作活塞和一个伺服活塞，所述工作活塞和伺服活塞与摆动架共同作用，所述摆动架能通过调整阀被调节，所述调整阀包括之前所述的致动器装置。

背景技术

由欧洲专利文献EP 1 217 209 B1和EP 1 219 831 B1已知一种调节装置用于调节对静压机的排量体积起作用的伺服活塞。伺服活塞能从一通过至少一个回位弹簧的力预设的中性位置在两个端部位置之间移动。为了调整在作用压力室中的作用压力，控制阀设有控制活塞。伺服活塞的偏移通过与伺服活塞刚性连接的回位导杆以直线运动传递到弹簧套筒上，所述弹簧套筒通过控制弹簧处于作用连接。控制活塞在轴向上由第一控制活塞部和第二控制活塞部组成，所述第一控制活塞部和第二控制活塞部通过控制活塞挺杆被彼此连接。第一控制活塞部和第二控制活塞部在彼此背离的端部上可以分别通过至少一个对中弹簧和/或调节弹簧以彼此矫正的力加载。一个控制弹簧在两个弹簧座体之间被夹紧。为了在控制阀的中性位置上产生平衡的弹簧力，至少一个对中弹簧和/或调节弹簧的预紧力是可调节的。

发明内容

本发明的目的在于，进一步改进根据权利要求1前序部分的致动器装置，特别是在所需的安装空间和/或功能性方面，优选地与轴向活塞机组合。

对于一种具有至少一个致动器活塞的致动器装置，为所述致动器活塞配属了两个弹簧并且所述致动器活塞与一调节装置耦合，上述目的通过以下方式实现，所述调节装置实施为具有对中系统的摆动调节装置。致动器装置例如是在控制和调节技术应用中的促动器。然而，致动器装置也可以包括执行机构，所述执行机构在机器人技术中使用。在此，致动器装置既可以实施为操纵装置也可以实施为驱动装置，例如在机电的应用中。致动器装置可以例如用于驱动流体机械，特别是流体泵。特别有利的是，轴向活塞机的致动器装置与摆动架配设，所述摆动架由摆动调节装置示出。通过对中系统，所述调节装置可在致动器装置不通电流的状态下以简单的方式被保持在中间位置或者中性位置上。在中间位置或者中性位置上，轴向活塞机的工作活塞不产生冲程。致动器装置优选地包括两个电磁体或者电磁线圈，通过所述两个电磁体或者电磁线圈，致动器活塞可以在相反的方向上被吸引。在此，致动器活塞的一个端部优选地与一个衔铁耦合，所述衔铁与所述电磁体共同作用。

致动器装置的一个优选实施例的特征是，摆动调节装置包括一个机械的耦合装置，通过所述机械的耦合装置，摆动调节装置的摆动角度被反馈到致动器活塞上。这提供优点：可以取消用于检测摆动调节装置的摆动角度的传感器装置。

致动器装置的另一个优选实施例的特征是，所述机械的耦合装置包括偏心轮、凸轮或者凸轮盘。通过所述偏心轮、凸轮或者凸轮盘，摆动调节装置的摆动角度以简单的方式被传递或者说反馈到致动器活塞上。

致动器装置的另一个优选实施例的特征是，所述机械的耦合装置包括至少一个耦合活塞。所述耦合活塞优选地用于将摆动架的摆动角度通过偏心轮，凸轮或者凸轮盘传递到致动器活塞上。耦合活塞优选地可以在与致动器活塞相同的方向上以平移的方式来回运动。

致动器装置的另一个优选实施例的特征是，所述机械的耦合装置包括耦合弹簧，所述耦合弹簧布置在耦合活塞和致动器活塞之间。通过插入的耦合弹簧实现了摆动角度不直接地由耦合活塞传递到致动器活塞上。

致动器装置的另一个优选实施例的特征是，致动器活塞布置在耦合弹簧和致动器弹簧之间。在此，致动器弹簧和耦合弹簧优选地这样设计，使得在摆动调节装置达到中间位置或者中性位置的情况下，致动器活塞也达到其中间位置。在致动器活塞的中间位置上，通向摆动调节装置的伺服活塞的连接优选地被中断。

致动器装置的另一个优选实施例的特征是，致动器活塞在径向上或者在轴向上相对于传动机构旋转轴线布置，所述传动机构旋转轴线布置为垂直于摆动调节装置的摆动轴线。通过致动器活塞的在径向上的布置，在轴向上的安装空间显著地减少。在具有两个二位二通换向阀的实施例中，两个致动器活塞优选正对地布置。

本发明还涉及一种轴向活塞机，其具有至少一个工作活塞和一个伺服活塞，所述工作活塞和伺服活塞与摆动架共同作用，所述摆动架能通过调整阀被调节，所述调整阀包括前述的致动器装置。在此，摆动调节装置是轴向活塞机的摆动架。优选地附加于伺服活塞，为所述摆动架配属了一个对应活塞，所述对应活塞持续地压靠摆动架，以便补偿不期望的隙缝。在调节摆动架时，对应活塞被伺服活塞超压。伺服活塞可借助于调整阀与轴向活塞机的高压力级或者低压力级连接。

轴向活塞机的一个优选实施例的特征是，调整阀包括两个电磁线圈或者电磁体，所述电磁线圈或者电磁体使致动器活塞能在相反的方向上的运动。当第一电磁线圈通电流时，那么致动器活塞在第一方向上被吸引。当第二电磁线圈通电流时，那么致动器活塞在第二方向上被吸引，所述第二方向与第一方向相反。

轴向活塞机的另一个优选实施例的特征是，调整阀构造为三位三通换向阀，或者包括两个二位二通换向阀。调整阀优选地实施为比例阀。在具有两个二位二通换向阀的实施例中，每个调整阀包括一个致动器活塞。

附加于主驱动单元、例如内燃机，轴向活塞机优选地布置在移动液压驱动装置中。移动液压驱动装置优选地布置在混合动力汽车的液压混合动力驱动系中。混合动力汽车优选地是乘用车或商用车。

从下面的说明中得出本发明的其他的优点、特征和细节，在所述说明中，参考附图详细地说明不同的实施例。

附图说明

附图示出：

图1：具有根据本发明的致动器装置和在中间位置的摆动调节装置的轴向活塞机的简化的示图；

图2：具有逆时针方向摆动的摆动架的图1的轴向活塞机；

图3：图1的致动器装置的放大图；

图4：具有相对于图3的致动器装置的弹簧特征线的笛卡尔坐标图，其中，耦合活塞位于原始位置；

图5：与图1和图2中所示的轴向活塞机类似的轴向活塞机的液压回路图；

图6:根据一具有两个用于摆动架调节的二位二通换向阀的实施例的、与在图1中类似的示图。

具体实施方式

在图1至3中以不同的状态和视角示出了与轴向活塞机组合的、根据本发明的致动器装置1。致动器装置1在所示的实施例中是轴向活塞机的调整阀。为了这个目的，致动器装置1包括致动器活塞2，所述致动器活塞以能在导向体3中来回运动的方式被导向。

此外，轴向活塞机包括摆动调节装置4，所述摆动调节装置借助于耦合装置5机械地与致动器装置1耦合。耦合装置5包括偏心轮8，耦合活塞9的在图1至3中的上端部贴靠在所述偏心轮上。耦合活塞9，如通过双箭头10所示的那样，可在从下向上的纵向方向上沿着致动器轴线14以平移的方式来回运动。

致动器活塞2在纵向上，也就是说在致动器轴线14的方向上，夹紧在耦合弹簧11和致动器弹簧12之间。耦合弹簧11布置在耦合活塞9和致动器活塞2的在图1至3中的上端部之间。致动器弹簧12布置在致动器活塞2的在图1至3中的下端部或者说衔铁40和调节元件13之间。调节元件13旋拧到致动器壳体16中或者压到致动器壳体16中。

致动器壳体16构造在轴向活塞机的机器壳体17上并且包括两个电磁线圈18、19。电磁线圈18、19是两个电磁体，所述电磁体为了操纵致动器装置1被通电流。

当电磁线圈18被通电流时，那么在图1至3中的致动器活塞2被向上吸引，也就是说，朝向偏心轮8被吸引。当电磁线圈19被通电流时，那么在图1至3中的致动器活塞2被向下吸引，也就是说，从偏心轮8离开朝向调节元件13被吸引。

轴向活塞机的摆动调节装置4实施为摆动架20，所述摆动架如通过双箭头21所示能围绕摆动轴线22摆动。摆动轴线22在图1至3中垂直于图示平面布置。

工作活塞25、26在转子中被导向，所述转子可围绕旋转轴线24旋转。带有工作活塞的转子也被称为传动机构。因此，旋转轴线24也被称为传动机构旋转轴线24。传动机构旋转轴线24垂直于致动器轴线14延伸。

偏心轮8的中心与摆动轴线22和转子的传动机构旋转轴线24相交的交点间隔开。

轴向活塞机包括至少两个工作活塞25、26，优选多于两个工作活塞，所述工作活塞以它们在图1至3中的左端部贴靠在摆动架20上。工作活塞25、26的在图1至3中的右端部限界轴向活塞机的工作压力室，所述工作压力室被填充液压介质，例如液压油。轴向活塞机的构造和功能认为是已知的。

如通过双箭头21所示，摆动架20可围绕摆动轴线22以限定的摆动角度摆动，以便调节工作活塞25、26的冲程。在图1和3中示出摆动架20在其中间位置上。在中间位置中，摆动架20以摆动架轴线27垂直于转子的旋转轴线24并且平行于致动器轴线14布置。

在图2中，摆动架20逆时针方向摆动。摆动架20的摆动由伺服活塞28引起，所述伺服活塞在工作活塞25、26的径向外部作用在摆动架20上。伺服活塞28在图1和2中布置在上部。在其背离摆动架20的端部上，伺服活塞28能以作用压力被加载，所述作用压力通过实施为调整阀的致动器装置1被调节或者说调整。

摆动架20在图1和2中在下部还以对应活塞29被加载，所述对应活塞以其在图1和2中的左端部贴靠在摆动架20上。对应活塞29在其背离摆动架20的端部上以高压被加载，所述高压由轴向活塞机产生。

伺服活塞28和对应活塞29也像工作活塞25、26那样能够平行于轴向活塞机的旋转轴线24以平移的方式来回运动。为伺服活塞28配属一调节弹簧30。为对应活塞29配属一对应弹簧31。通过这两个弹簧30、31，这两个活塞28、29与摆动架20保持贴靠。

在图1和2中示出的轴向活塞机可特别有利地既作为轴向活塞泵工作又作为轴向活塞马达工作。当摆动架位于其在图1中所示的中间位置时，工作活塞25、26在轴向活塞机运行中不实施冲程。如果摆动架20如图2所示那样围绕其摆动轴线22摆动大约二十度，那么工作活塞25、26实施最大冲程。

在轴向活塞马达的情况下，摆动架角度用作轴向活塞机的输出轴上的转速和产生的转矩的调节量。而在轴向活塞泵的情况下，摆动架角度用作输送体积和压力的调节量。

在图1和2中示出的轴向活塞机中，在线圈18、19没有通电流时根据偏心轮8的位置进行摆动架20的调节，所述偏心轮被安置在摆动架20上。作用到耦合弹簧11上的耦合活塞9跟随偏心轮8的运动。

耦合活塞9在摆动架20从图1中所示的最小的摆动角度直至图2中所示的最大摆动角度摆动时所经过的行程可通过偏心轮8相比传统的轴向活塞机而言被减少。由此，轴向活塞机在旋转轴线24的方向上的轴向延伸尺寸可被减小。轴向活塞机在旋转轴线24的方向上的轴向延伸尺寸也称为轴向活塞机安装长度。

此外，实施为调整阀的致动器装置1相对于轴向活塞机的旋转轴线24在径向上布置。在径向上表示横向于旋转轴线24，也就是说，致动器轴线14垂直于旋转轴线24布置。通过致动器装置1的在径向上的布置，轴向活塞机安装长度在旋转轴线24的方向上可进一步被减小。

摆动角度的调节借助于伺服活塞28和对应活塞29进行，所述伺服活塞和对应活塞分别在摆动架20上产生相反的力矩。伺服活塞28可以借助于实施为调整阀的致动器装置1与轴向活塞机的高压级或者低压级连接。借助于工作活塞25、26在轴向活塞机的运行中产生的压力称为高压。例如可与环境压力相应的罐压力称为低压。

通过致动器装置1表示的调整阀相应于一个三位三通换向阀，所述三位三通换向阀具有一个低压接头或者罐压力接头34、一个高压接头或者泵压力接头35和一个控制压力接头或者工作压力接头36。在致动器活塞2上形成阀体38。阀体38一体地与致动器活塞2连接。具有阀体38的致动器活塞2能在两个端部位置之间在致动器轴线14的方向上以平移的方式来回运动。在致动器活塞2的图1所示的中间位置中，致动器活塞2的阀体38封闭控制压力接头36。

当线圈18被通电流时，那么与致动器活塞2耦合的衔铁40在图1至3中被向上吸引，也就是说，从调节元件13离开朝向偏心轮8被吸引。衔铁40在示出的实施例中实施为单独的部件并且通过弹簧11和12的预紧力保持贴靠在致动器活塞2上。但是衔铁40也可以一体地与致动器活塞2连接。在此，阀体38释放在压力接头或者泵接头35和调整阀向伺服活塞28的控制压力接头或者工作压力接头36之间的连接。作为其结果，摆动架20如图2所示逆时针摆动直至到其终端位置上。耦合弹簧11和致动器弹簧12这样设计，使得当摆动架20逆时针摆动到其摆动架终端位置上时，致动器活塞2在线圈18被通电流的情况下达到其中间位置。

当线圈18没有通电流而线圈19被通电流时，那么衔铁40在图1至3中被向下吸引，也就是说，从偏心轮8离开朝向调节元件13被吸引。在此，阀体38释放在低压接头或者罐压力接头34和向伺服活塞28的控制压力接头或者工作压力接头36之间的连接。其结果是，摆动架20沿顺时针方向摆动直至到其(未示出的)终端位置上。耦合弹簧11和致动器弹簧12这样设计，使得当摆动架20沿顺时针方向摆动到其摆动架终端位置上时，致动器活塞2在线圈19通电流的情况下达到其中间位置。

当两个线圈18、19都不通电流时，致动器活塞2的位置由耦合弹簧11和致动器弹簧12预给定。在此，耦合弹簧11在其图1至3中的上端部通过耦合活塞9与偏心轮8连接并且因此跟随偏心轮的由双箭头10表示的运动。

当摆动架20如图2所示在线圈18、19不通电流的情况下逆时针摆动时，致动器活塞2被耦合弹簧11向下压，并且伺服活塞28通过工作压力接头36与低压接头34连接。其结果是，摆动架20沿顺时针方向向中间位置摆动，这样也被称为摆动架20的对中。

耦合弹簧11和致动器弹簧12有利地这样设计，使得在线圈18、19没有通电流并且达到摆动架中间位置的情况下，致动器活塞2也达到其中间位置，由此通向伺服活塞28的连接被阀体38关闭。

如果摆动架20在线圈18、19没有通电流的情况下顺时针摆动(未示出)，也被称为阀活塞的致动器活塞2被致动器弹簧12朝远离调节元件13的方向在图1至3中向上压，由此，伺服活塞28与压力接头或者泵压力接头35连接并且以高压被加载。其结果是，摆动架20逆时针摆动。在此，耦合弹簧11和致动器弹簧12有利地这样设计，使得在达到摆动架中间位置的情况下，阀活塞或者致动器活塞2也达到其中间位置并且因此从压力接头或者泵压力接头35到伺服活塞28的连接被关闭。

通过在图3中示出的致动器装置1，摆动架20在线圈18、19不通电流的情况下液压地返回到其中心位置或者中间位置或者说原始位置上。当致动器活塞2位于其中心位置或者中间位置上并且摆动架占据其中心位置、中间位置或者原始位置，也就是说，不摆动或者不偏转时，耦合弹簧11和致动器弹簧12的调节力相抵消。因此，在阀活塞或者致动器活塞2的中心位置或者中间位置，线圈18、19在不通电流的状态的情况下，无调节力作用到致动器活塞2上。

当致动器活塞2从中心位置或中间位置运动时，那么近似线性地作用到致动器活塞2上的力增大。通过调节元件13，摆动架中间位置可以从外部被调节。除了在线圈18、19不通电流的情况下对摆动架20对中之外，摆动架位置与致动器装置1的耦合导致调整特性的正面影响。

在图3中示出的致动器装置1如下地起作用。在电磁体或者说电磁线圈18、19不通电流期间，摆动架20位于示出的原始位置上。原始位置也称为零位或者零输送位置，因为在原始位置上不发生输送。原始位置也可以与零输送位置轻微地偏离，也就是说，摆动架20可以在其原始位置上轻微地摆动，例如直至输送体积的百分之十。

当阀体38封闭控制压力接头36时，致动器活塞2位于其中间位置或者原始位置。当线圈18通电流时，那么衔铁40在图3中向上运动。在此，阀体38释放泵压力接头35和控制压力接头36之间的连接。由此，摆动架20的伺服活塞以泵压力被加载，从而伺服活塞使摆动架20逆时针摆动。

通过摆动架20的摆动，耦合活塞9在图3中向下运动。耦合活塞9的运动通过耦合弹簧11传递到致动器活塞2上，所述致动器活塞又抵抗致动器弹簧12的预紧力向下运动，直到阀体38封闭控制压力接头36。在该状态下，弹簧11、12的弹簧力和磁力形成力平衡。

因此可通过使线圈18、19限定地通电流，实现摆动架20摆动限定的摆动角度。当线圈18切换为不通电流时，那么衔铁4通过弹簧11、12的弹簧力和在阀体38与接头34至36的共同作用下又运动回到其开始位置，并且，摆动架20又占据其原始位置。

在图4中以x轴41和y轴42示出笛卡尔坐标图。致动器活塞2的行程在x轴41上以合适的行程单位描绘。耦合弹簧11和致动器弹簧12的合成的弹簧力在y轴42上以合适的力单位描绘，其中，耦合活塞位于其零位。通过线44描绘耦合弹簧11和致动器弹簧12的合成的弹簧特征线。通过点45、46表示致动器活塞2的最大调节行程。坐标原点相应于致动器活塞2的中间位置。

在图5中，以液压回路图的形式示出与在图1至3中简化地显示的轴向活塞机类似的轴向活塞机50。轴向活塞机50包括致动器装置51，所述致动器装置实施为用于摆动架55的调整阀。摆动架55通过伺服活塞52相对对应活塞53的作用被调节。

摆动架55的摆动运动通过凸轮56传递到耦合活塞58上。通过耦合活塞58，摆动架运动反馈到实施为调整阀的致动器装置51上。

调整阀51以三位三通换向阀的方式实施为比例阀。三位三通换向阀51包括一个泵压力接头或者高压接头47、一个罐压力接头或者低压接头48和一个工作压力接头或者控制压力接头49。调整阀51通过两个象征表示的电磁体被操纵。通过两个同样象征表示的弹簧，调整阀51在其示出的中间位置被预紧。

在中间位置中，伺服活塞52和对应活塞53以低压或者说罐压力被加载。在调整阀51的图5中左边的端部位置中，伺服活塞52通过在泵压力接头47和工作压力接头49之间的连接以高压被加载。在调整阀51的图5中右边的端部位置中，伺服活塞52通过在工作压力接头49和罐压力接头48之间的连接被卸载到罐压力或者低压。

通过耦合活塞58，摆动角度自行回位。通过凸轮56，摆动角度变化成比例地转换成冲程变化并且传递到在耦合活塞58和调整阀51的阀活塞之间的回位弹簧上。回位冲程可以通过凸轮56的几何结构被改变，并且因此允许回位弹簧具有任意长度。摆动角度相对于伺服活塞52或者对应活塞53的冲程不依赖于轴向活塞机50的安装尺寸，从而在图5中示出的变型可以在不改变轴向活塞机的所有尺寸的情况下使用。

在图6中示出了与图1和2中类似的轴向活塞机。使用相同的附图标记标示相同的部件。为了避免重复，参考图1和2的之前的说明。下面主要说明在两个实施例之间的不同。

在图6中示出的实施例中，两个致动器装置60、70与偏心轮8耦合，所述偏心轮安置在摆动架20上。通过两个致动器装置60、70形成调整阀，所述调整阀包括两个二位二通换向阀。两个象征地表示的二位二通换向阀分别包括一个打开位置和关闭位置。

两个致动器装置60、70分别包括致动器活塞62、72和耦合活塞63、73。耦合弹簧64、74布置在致动器活塞62、72和耦合活塞63、73之间。致动器活塞62、72通过致动器弹簧65、75被加载并且通过电磁体68、78被操纵。

致动器装置60包括一个高压接头或泵压力接头66和一个工作压力接头或者控制压力接头67。致动器装置70包括一个低压接头或者罐压力接头76和一个控制压力接头或者工作压力接头77。当致动器装置60通过给电磁体68通电流而被操纵时，那么伺服活塞28通过在泵压力接头6和工作压力接头67之间的连接以高压被加载。当致动器装置70通过给电磁体78通电流被操纵时，那么伺服活塞28通过在工作压力接头77和罐压力接头76之间的连接以低压被加载。此外，摆动架调节在图6中示出的实施例中就像在图1至3中示出的实施例中一样地起作用。

通过使用二位二通换向阀结构方式的致动器装置60、70，与在图1至3中示出的实施例相比可降低阀复杂性。因为这两个致动器装置60、70分别仅具有一个电磁体68、78，可以通过图6中示出的实施例实现轴向活塞机在旋转轴线24的径向方向上小的延伸尺寸。

Claims (10)

1.具有至少一个致动器活塞(2；62，72)的致动器装置，为所述致动器活塞配属了两个弹簧，并且，所述致动器活塞与一调节装置耦合，其特征在于，所述调节装置实施为具有对中系统的摆动调节装置(4)。

2.根据权利要求1所述的致动器装置，其特征在于，所述摆动调节装置(4)包括一个机械的耦合装置(5)，通过所述机械的耦合装置，所述摆动调节装置(4)的摆动角度被反馈到所述致动器活塞(2；62；72)上。

3.根据权利要求2所述的致动器装置，其特征在于，所述机械的耦合装置(5)包括偏心轮(8)、凸轮(56)或者凸轮盘。

4.根据权利要求2或3所述的致动器装置，其特征在于，所述机械的耦合装置(5)包括至少一个耦合活塞(9；52；63，73)。

5.根据权利要求4所述的致动器装置，其特征在于，所述机械的耦合装置(5)包括耦合弹簧(11；64，74)，所述耦合弹簧布置在所述耦合活塞(9；52；63，73)和所述致动器活塞(2；62，72)之间。

6.根据权利要求5所述的致动器装置，其特征在于，所述致动器活塞(2；62，72)布置在所述耦合弹簧(11；64，74)和致动器弹簧(12；65，75)之间。

7.根据上述权利要求中任一项所述的致动器装置，其特征在于，所述致动器活塞(2；62，72)在径向上或者在轴向上相对于传动机构旋转轴线(24)布置，所述传动机构旋转轴线布置为垂直于所述摆动调节装置(4)的摆动轴线(22)。

8.轴向活塞机，具有至少一个工作活塞(25，26)和一个伺服活塞(28)，所述工作活塞和伺服活塞与摆动架(20；55)共同作用，所述摆动架能通过调整阀被调节，所述调整阀包括根据上述权利要求中任一项所述的致动器装置(1；60)。

9.根据权利要求8所述的轴向活塞机，其特征在于，所述调整阀包括两个电磁线圈(18，19)，所述电磁线圈使所述致动器活塞能沿着相反的方向运动。

10.根据权利要求8或9所述的轴向活塞机，其特征在于，所述调整阀实施为三位三通换向阀或者二位三通换向阀，或者包括两个二位二通换向阀。