CN109779690A - 轴向活塞机器的调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节轴向活塞机器的斜盘的调节装置，其包括调节活塞，所述调节活塞经由调节杆连接到轴向活塞机器的斜盘，且所述调节装置包括调节器，所述调节器用于依据作用于调节器的控制活塞的控制力，调节作用于调节活塞的调节压力，其中调节活塞经由反馈弹簧连接到控制活塞。根据本发明，反馈弹簧至少部分收纳于控制活塞的盆形凹处中。

Description

轴向活塞机器的调节装置
技术领域
本发明涉及用于调节轴向活塞机器的斜盘的调节装置。
背景技术
举例来说，DE 10 2012 015 503 A1揭示了斜盘式构造的轴向活塞机器设计。在此类流体静力机器中，可通过绕轴转动斜盘来调节排出体积/吸收体积，多个活塞抵靠在斜盘上，该多个活塞装设在缸筒中。斜盘的绕轴转动是通过对应调节装置实现。为了使轴向活塞机器具有高效率和高功率密度，就应可在尽可能大的角度范围内调节斜盘。这意味着调节装置的调节活塞具有大冲程范围。
EP 1 220 990 B1教示一种用于调节轴向活塞机器的斜盘的调节装置，其中可在大冲程范围内调节调节活塞。调节活塞经由调节杆连接到轴向活塞机器的斜盘，调节活塞经由反馈弹簧连接到调节器的控制活塞，该调节器用于依据作用于调节器的控制活塞的控制力，调节作用于调节活塞的调节压力。因而，创造了一种具有简单且鲁棒的设计的调节装置，用以调节斜盘式构造的轴向活塞机器的斜盘，在该设计中，调节活塞的调节路径会对控制活塞的位置施加预期的反馈作用。由于反馈弹簧必须匹配调节活塞的较长的调节范围，因此反馈弹簧也具有相当长的长度。这导致整个调节器也具有大的长度。
发明内容
因此，本发明的目标是构造一种更为紧凑，特别是整体长度缩短的用于调节轴向活塞机器的斜盘的通用调节装置。
根据本发明，以上目标是通过主技术方案的特征组合达成。相应地，一种用于调节轴向活塞机器的斜盘的调节装置包括调节活塞，所述调节活塞经由调节杆连接到轴向活塞机器的斜盘，且所述调节装置包括调节器，所述调节器用于依据作用于调节器的控制活塞的控制力，调节作用于调节活塞的调节压力，其中调节活塞经由反馈弹簧连接到控制活塞。根据本发明的反馈弹簧至少部分收纳在控制活塞的盆形凹处。因此，实现一种特别紧凑的装置。
在EP 1 220 990 B1的已知方案中，反馈弹簧的一些线圈可伸入部分钻成中空的调节活塞中，与该已知方案相比，根据本发明的具有盆形凹处构造的控制活塞可实现短得多的整体长度，这是因为出于功能原因，控制活塞比调节活塞长得多。控制活塞的盆形凹处可设计得非常长，以至于压缩状态下的反馈弹簧可整体收纳在盆形凹处内。
可从主技术方案的子技术方案得知本发明的优选方面。
相应地，控制活塞优选布置在控制活塞接受孔中，且调节活塞布置在调节活塞接受孔中，其中控制活塞接受孔和调节活塞接受孔合为一体。调节活塞接受孔的直径大于控制活塞接受孔。调节活塞接受孔和控制活塞接受孔因而在调节装置外壳内形成一个肩台(shoulder)，这样在组装时，调节活塞从一侧插入调节活塞接受孔，而控制活塞从另一侧插入控制活塞接受孔。
根据本发明的一项实施例，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔同轴排列在调节装置外壳内。这种同轴排列使得套设在控制活塞接受孔中的控制活塞和布置在调节活塞接受孔中的调节活塞也同轴排列，其中控制活塞和调节活塞当然在轴向上偏置。EP 1220990 B1已教示控制活塞和调节活塞的这种同轴排列。在组装时，控制活塞和调节活塞从一侧插入具有标称直径的均匀孔。本发明的接受孔的阶梯形设计由于具有不同直径，因此外壳、特别是外壳的控制活塞(其布置于较小的控制活塞接受孔中)区域可具有较小的尺寸。
但是，对应于前述实施例的控制活塞和调节活塞的同轴排列有缺点，因为调节活塞经由调节杆连接到轴向活塞机器的斜盘，该调节活塞必须补偿由调节杆引入的横向力，这种横向力会导致作用于调节活塞接受孔中的调节活塞的力不均匀。作为对该横向力的补偿，本发明提供两种可供替代选择的优选设计变体。
在第一设计变体中，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔相互成角度地排列。该角度经过选取，以使得经由调节杆施加在调节活塞一端的横向力得以被形成相应角度的控制活塞和由该控制活塞引导的弹簧补偿。
在一个可供替代选择的设计变体中，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔相互偏置地排列，使得相应的横向力同样得到补偿。
根据本发明的另一优选方面，盆形凹处不仅收纳反馈弹簧，而且同时还充满处于调节压力水平的液压油。液压油经由控制活塞的盆形凹处的侧壁中的对应孔进入盆形凹处。周向排列的调节压力孔可经由设在盆形凹处的侧壁中的凹槽而相互连接。在轴向上实现了控制活塞中的空腔与调节缸中的空腔之间的液压油连通。为了避免控制活塞在调节器中的位置受到调节压力的影响，必须进行补偿。为此目的，建立了另一路液压油通路，通过该通路，调节压力下的油液还进入控制活塞的背对弹簧的前侧。为此，设有朝向控制活塞的与盆形凹处相反侧的轴向孔
根据本发明的另一优选实施例，控制活塞外部为阶梯形，且控制活塞经由环安装在控制活塞接受孔中，该环的位置靠近与控制活塞底部相反侧的末端。该环可有利地确保控制活塞的两个各自在相反方向上受力的横截表面具有相同大小。
根据本发明的另一实施例，挺柱从调节活塞起穿过控制活塞，其中在挺柱的自由端设有弹簧板，且反馈弹簧一端支撑在弹簧板上，另一端支撑在控制活塞的盆形凹处的底部。这种类型的构造是所谓的功率调节器。
根据本发明，此类功率调节器以及体积流量调节器可用作调节器。
根据本发明的另一尤其可用于功率调节器中的优选方面，反馈弹簧具有非线性弹簧特性。特别优选地，使用具有非线性弹簧特性的单体式弹簧。特别有利的情况是反馈弹簧具有逐渐上升的力-弹簧动程特性曲线。这种弹簧特性使得可实现具有简单构造的功率调节器，其中控制活塞和调节活塞经由此种常见弹簧进行非刚性连接。可借助于对应的弹簧特性生成调节器特性曲线，该特性曲线非常类似于数学上的双曲线(pHD*Q＝常数)。
附图说明
将参考附图说明的示范性实施例，详细解释其它特征、细节和优点。
图1a和图1b是体积流量调节器(图1a)和功率调节器(图1b)的示意图。
图2是根据本发明第一实施例的调节装置的一部分的截面图，该调节装置处在第一工作位置。
图3展示根据图2的调节装置，其处在另一工作位置。
图4是根据本发明第二实施例的调节装置的部分截面图。
图5是根据本发明第三实施例的调节装置的部分截面图。
图6展示图5的实施例，且图示了作用力。
图7是根据本发明第四实施例的调节装置的一部分的截面图。
图8是根据本发明第五实施例的调节装置的一部分的截面图。
图9是根据本发明所使用的反馈弹簧的弹簧特性的示意图。
图10是根据本发明的功率调节器的特性曲线族的示意图。
具体实施方式
下文描述的调节装置用于调节轴向活塞机器的斜盘。例如，可从EP 1 220 990 B1知晓相应轴向活塞机器的构造。因此，关于构造方面的细节，参考EP 1 220 990 B1的公开内容。
本发明主题为一种调节装置，其可用以在大冲程范围内调节用于调节斜盘的调节活塞。图1a和图1b示意性展示两种调节装置设计变体的构造。图1a表示包含体积流量调节器12的调节装置10。体积流量调节器12紧挨着仅示意性表示的调节活塞14，该调节活塞14与调节杆36相连。在体积流量调节器12的相反侧，布置有封闭与调节单元16。体积流量调节器12大体上包括控制活塞18，该控制活塞18具有盆形凹处20。反馈弹簧22伸入控制活塞18的盆形凹处20内，反馈弹簧22将控制活塞18与此处仅示意性图示的调节活塞14相连。标号24指示控制活塞18的控制单元，其表示高压、槽罐循环和调节压力的液压口以及调节压力孔。
图1b展示相应的具有功率调节器12’的调节装置10。在一侧同样布置有封闭与调节单元16。控制活塞18也形成有盆形凹处20，控制活塞18以其盆形凹处相对于体积流量调节器的情况旋转180度的方式收纳在相应控制活塞接受孔34中。在功率调节器12’中，也设有伸入控制活塞18的盆形凹处20中的反馈弹簧22。但是，这里的弹簧22一端支撑在盆形凹处20的底部上，另一端支撑在弹簧板26上，弹簧板26经由挺柱28与调节活塞14相连，因而与邻接调节活塞14的调节杆36相连。
图2和图3展示根据图1a的体积流量调节器的示范性构造实施例。在其它部分未作图示的轴向活塞机器的外壳部分30中，设有调节活塞接受孔32以及控制活塞接受孔34。如图2所示，调节活塞接受孔32的直径大于控制活塞接受孔34的直径，因此形成肩台。调节活塞14装设在调节活塞接受孔32中且可纵向移位，调节活塞14邻接调节杆36。调节杆36延伸到轴向活塞机器的斜盘，调节杆36的末端和斜盘均未图示。调节器外壳38插入于控制活塞接受孔34中，配置成阶梯形活塞的控制活塞18装设在调节器外壳38内且可移位。控制活塞18包括盆形凹处20。反馈弹簧22一端支撑在相应形成的盆形凹处底部上，另一端抵靠调节活塞14。因此，反馈弹簧22从控制活塞接受孔向调节活塞接受孔延伸。
控制活塞接受孔34和调节活塞接受孔32的自由容积各自填满处于调节压力水平的液压油。此液压油也填充盆形凹处20。在控制活塞18的围绕盆形凹处20的侧壁中，设有调节压力孔40，液压油可通过该调节压力孔40进入盆形凹处20。在调节器外壳38中设有控制压力孔42、调整压力孔44、高压孔46和槽罐孔48，液压油与被配置成阶梯形活塞的控制活塞18的动作相协调地流动通过以上各孔，以致动调节活塞14。因为此操作模式是已知的，所以此处无须赘述。
与已知构造相比，这种设计还导致产品长度缩短，这是因为不再使用在纵向延伸方向上邻接封闭与调节单元16的比例磁体，而是设有可任意放置的前导控制单元，该前导控制单元与前述布置在调节器外壳38侧面的控制压力孔40相连。
如图所示，与控制活塞18的液压油连接是通过径向延伸或倾斜地径向延伸穿过调节器外壳38的孔实现。为了使调节器的纵向延伸所需的安装空间尽可能小，同时又建立对于液压油通路而言足够大的流动截面，沿着围绕调节器外壳38的壳体表面的假想圆形形成各具有较小直径的多个孔，而不是单个孔。就调节器外壳38的外部来说，用于液压油通路的各孔优选地位于相应地包含在外壳中的连续的外径向凹槽的槽底。该凹槽对应于前述假想圆形。通过这种设置，确保与液压油通路相关联的所有径向孔可同样有效地促成预期的液压油流动。对于图示的示范性实施例来说，这些径向孔是控制压力孔42、调整压力孔44、高压孔46和槽罐孔48。
调节压力孔40布置在控制活塞18的壁中是本发明的一项特点。通常，调节压力孔40也被设置为调节器外壳38中的径向孔。作为一项限制控制活塞16的总长度并从而获得紧凑的调节器构造的特别措施，包含所述孔的相邻环形空间之间的距离被设计成尽可能小。但是，对最小距离有限制。控制器边(control edge)的轮廓作用于控制活塞18的纵向部分上，该纵向部分需要具有一定的延长，以便控制活塞18的轴向位置与控制器边上的压力损失之间具有明确且可再现的相关性。另外，相邻容积内可能存在预期的且由于功能而大不相同的油液压力水平，因此相邻容积相互之间必须具有一定距离，以便避免油液泄漏过多。大体上，相应可动部件总会存在一定程度的油液泄漏，这对于润滑在调节器外壳38内运动的控制活塞18来说也是必要的。但是，当这种泄漏过多时，调节器中会发生过多的动力损失。在极端情况下，过多的泄漏也可能对控制活塞18的位置产生不良影响。可例如通过在控制活塞的壳体表面上运用一个或多个充当开口环密封装置(split ring seal)的径向凹槽，减少相邻环形空间之间的泄漏。但是，为了简化附图，图2中未图示此类额外的径向凹槽。
通过将调节压力孔40移到控制活塞18的外壁内，调节器外壳30中的个别孔之间的距离得以增加，这样，即使调节器总长度减小，个别孔之间的距离仍相对较长。因而，可充分抑制调节器外壳18外部的不良泄漏，而不必为此目的而增加制造工作。
具有所需调节压力的液压油经由调节压力孔40进入控制活塞接受孔34的空腔中，且经由现有的流体连接进入调节活塞接受孔32的空区域。如图2所示，设有从控制活塞18的盲孔底部起穿透控制活塞18的其余区域的孔50。借此，建立液压油通路，使得两侧的现有液压压力对控制活塞施加调节压力。为了确保在此处有所需的补偿作用，以免调节压力使控制活塞18的位置产生不当位移，调节压力在相反两个方向作用于的控制活塞18的两个横截表面必须具有相同大小。在此处所示的示范性实施例中，通过将形成为阶梯形活塞的控制活塞18经由安装环52插入调节器外壳38中，产生此种补偿。
如图2所示，调节活塞14和邻接的调节杆36发生最大程度的偏移。在图3中，图示了图2的调节装置处于另一位置。其中，调节活塞14和邻接的调节杆36完全缩回。此图3清楚地显示了处于收缩状态的反馈弹簧22几乎完全收纳在控制活塞18的盆形凹处20内。通过此构造实现了最小的整体长度。
图4展示了呈构造构型的调节装置10，其对应于图1b的示意图。其中集成了功率调节器12’。基本组件的配置方式与图2和图3所示相同。在未图示的轴向活塞机器的外壳30中，也设有调节活塞接受孔32和控制活塞接受孔34。在调节活塞接受孔32中，也插入有与调节杆36邻接的调节活塞14。在这里，调节活塞14被图示为处于完全缩回位置。在此实施例中，调节杆36经由挺柱28连接到反馈弹簧22，在挺柱末端设有弹簧板54。反馈弹簧22的相反侧抵靠控制活塞18的底部，该控制活塞18同样具有盆形凹处20。因此，在此设计变体中，反馈弹簧22也伸入控制活塞18的盆形凹处20中。在此处所示实施例中，调节压力孔40也延伸穿过控制活塞18的侧壁，因而具有与前述实施例相同的优点。此外，设有槽罐孔48、调整压力孔44和高压孔46。
在图2和图3的实施例以及图4的实施例中，控制活塞接受孔34和调节活塞接受孔32同轴排列。因此，控制活塞18和调节活塞14也同轴延伸。但是，此设计变体的缺点在于，经由调节杆36连接到未图示的轴向活塞机器的斜盘的调节活塞14必须补偿由调节杆36引入的横向力，该横向力会导致作用于调节活塞接受孔32中的调节活塞14的力不均匀。
这一问题可分别通过根据图5和图6、图7及图8的调节装置的构造构型解决。
图5图示了调节装置10，其对应于根据图3的调节装置的构造，其中调节活塞14同样处于与图3的情况相同的位置。但是，在这一设计变体中，调节活塞接受孔32与控制活塞接受孔34形成角度。可参考图6所示的力，了解由此实现的对调节杆36施加的横向力的补偿。大体上，图6展示了调节活塞14处的力平衡，其中FL指示调节力的纵向分量，FQ指示调节力的横向分量，且FR指示活塞的回复力。在此处所示的示范性实施例中，显示了约为2°的典型角度，这导致控制活塞接受孔34的中轴线与调节活塞接受孔32的中轴线形成178°的钝角。这仅为示范性角度。根据本发明，此处也可使用更大或更小的钝角。
图8同样展示了成角度的调节装置设计变体，但是其图示为大体上如图4所示的功率调节器12’。根据此图示，控制活塞接受孔34同样与调节活塞接受孔32形成角度。在此实施例中，挺柱28是倾斜地导入调节活塞14中。
在根据图7的设计变体中，通过使控制活塞接受孔34的轴线A与调节活塞接受孔32的轴线B相互平行并偏移，即，偏置(offset)，实现横向力的补偿。通过相应地调节该偏置，也可补偿调节杆36施加的调节力的横向分量。
在所有设计变体中，反馈弹簧22可形成为具有非线性弹簧特性的弹簧，即，呈现逐渐上升的力-弹簧动程特性曲线，在包括功率调节器12’的调节装置设计变体中尤其如此。图9中图示了对应的弹簧特性曲线。在图9中，相对于所给出的压缩弹簧的长度减少量绘制了所给出的作用于弹簧的压缩力。所示的特性曲线是示范性的。图右侧所示的具有三种不同收缩宽度的弹簧与具有图左侧所示的特性曲线的弹簧的一个共有特征是存在三个区，在该三个区中，弹簧具有不同弹簧刚度。这表现在特性曲线中的具有不同斜率的三个直线段上。参考图示的弹簧，这在经受最小收缩的第一个所示弹簧中显示地最为清楚。在此处，相邻的弹簧线圈具有明显较大的间距。在该弹簧的中段部分，可观察到相邻弹簧线圈的间距明显较小，而在下部区域，此间距甚至更小。
在观察此类弹簧的收缩时，可发现以下现象。在开始施加极小的力并逐渐增大该力时，在区域I中，全部弹簧线圈均会促成长度收缩。在施加的力超过特定值后，在不存在收缩力时和区域I内存在收缩力时间距最小的弹簧线圈相互接触。一旦发生此情况，这些弹簧线圈就不会对弹簧随着收缩力进一步增加而发生的进一步长度减少产生影响。在施加的力超过更高的阈值后，再持续施加递增的力仅会使那些与相邻线圈还存在间距的弹簧线圈压缩。
根据本发明，也可使用具有其它数目的收缩区的螺旋弹簧，或由于其它实施例，例如由于具有圆锥形轮廓等而具有非线性力-弹簧动程特性曲线的螺旋弹簧。也可使用具有相应弹簧特性的其它弹簧代替螺旋弹簧。举例来说，可设想以下组合：螺旋弹簧在其一端或两端由碟形弹簧支撑，或者螺旋弹簧支撑在堆叠的多个碟形弹簧上。这些碟形弹簧也可具有不同刚度。
通过使用对应的非线性反馈弹簧，可在例如图4或图8所示的功率调节器中实现近似于双曲线(pHD*Q＝恒定旋转速度下的常数)的特性曲线。这意味着引擎活塞冲程与轴向活塞机器的高压出口处的压力水平的乘积为恒定值。在前述公式中，pHD指示液压泵的高压出口或液压马达的入口处的高压水平。Q为液压泵排出的体积流量或液压马达(即，此处为轴向活塞机器)接收的体积流量。通过调节非线性反馈弹簧的不同预张力，可获得如图10所示的一组特性曲线。此处，一个限制设在最大高压处，另一个限制设在引擎活塞的最大冲程处，即，限位挡块(limit stop)处。

Claims (11)

1.一种用于调节轴向活塞机器的斜盘的调节装置，其包括调节活塞，所述调节活塞经由调节杆连接到轴向活塞机器的斜盘，且所述调节装置包括调节器，所述调节器用于依据作用于调节器的控制活塞的控制力，调节作用于调节活塞的调节压力，其中调节活塞经由反馈弹簧连接到控制活塞，
其特征在于，
反馈弹簧至少部分收纳于控制活塞的盆形凹处中。
2.根据权利要求1所述的调节装置，其特征在于，控制活塞布置在控制活塞接受孔中，且调节活塞布置在调节活塞接受孔中，使得控制活塞接受孔和调节活塞接受孔合为一体，其中调节活塞接受孔的直径大于控制活塞接受孔。
3.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔同轴排列。
4.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔相互成角度地排列。
5.根据权利要求1或2所述的调节装置，其特征在于，控制活塞接受孔和调节活塞接受孔的轴线相互平行且偏移。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的调节装置，其特征在于，控制活塞接受孔的整个自由容积充满处于调节压力水平的液压油，因而所述盆形凹处也充满处于调节压力水平的液压油，其中在盆形凹处的壁中设有至少一个调节压力孔和朝向控制活塞的与盆形凹处相反侧的至少一个轴向孔，且盆形凹处流体连接至接受调节活塞的调节缸。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的调节装置，其特征在于，挺柱从调节活塞起穿过控制活塞，其中在挺柱的自由端设有弹簧板，且反馈弹簧一端支撑在弹簧板上，另一端支撑在控制活塞的盆形凹处的底部。
8.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，控制活塞外部为阶梯形，且控制活塞经由其一端处的环安装在控制活塞接受孔中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，调节器配置为体积流量调节器或功率调节器。
10.根据前述权利要求中任一项所述的调节装置，其特征在于，反馈弹簧具有非线性弹簧特性，呈现逐渐上升的力-弹簧动程特性曲线。
11.根据权利要求10所述的调节装置，其特征在于，反馈弹簧设计成单体式的。
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