DE10008970B4

DE10008970B4 - Verstellbare Schrägachseneinheit der Bauart mit schwenkbarem Joch

Info

Publication number: DE10008970B4
Application number: DE10008970A
Authority: DE
Inventors: James D. Ryken; David D. Dirks; Doug Kardell; Wilhelm Gollner
Original assignee: Sauer Danfoss Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions Inc
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2020-02-26
Also published as: DE10008970A1; JP2001116144A; CN1215265C; CN1287228A; US6257119B1

Abstract

Verstellbare Schrägachseneinheit (10) der Bauart mit schwenkbarem Joch, aufweisend:
ein Joch (14) mit einem Steuerungsdrehzapfen (18), welcher das Joch (14) drehbar an einem festen Rahmen (12) der Schrägachseneinheit (10) befestigt, wobei das Joch (14) um den Steuerungsdrehzapfen (18) drehbar ist, um eine Verdrängung der Schrägachseneinheit (10) zu verstellen,
gekennzeichnet durch
ein in einem Stück mit dem Joch (14) ausgebildetes Nockenelement (60); und
einen geschlossenen Regelmechanismus (22) zum Verstellen der Verdrängung der verstellbaren Verdrängungseinheit (10), wobei der Regelmechanismus (22) ein Rückkopplungselement (58) für einen Eingriff mit dem integralen Nockenelement (60) enthält, um so dem Regelungsmechanismus (22) eine Rückkopplung bezüglich der Schwenkstellung des Jochs (14) zu dem Rahmen (12) und dadurch der Verdrängung der Schrägachseneinheit (10) zu liefern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verstellbare Schrägachseneinheit der Bauartmit schwenkbarem Joch nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derartigen Schrägachseneinheiten wird der Zylinderblocksatz von dem Joch getragen und schwenkt mit diesem um die Verdrängung der Einheit zu variieren. Verstellbare Schrägachseneinheiten mit einem schwenkbaren Joch, welche ein Joch mit einem Steuerungsdrehzapfen aufweisen, welcher das Joch drehbar an einem festen Rahmen oder Gehäuse der Einheit befestigen, wobei das Joch um den Steuerungsdrehzapfen drehbar ist, um die Verdrängung der Einheit zu verstellen, sind zum Beispiel aus den Druckschriften DE 32 32 363 C2 , DE 16 53 617 C , DE 43 09 303 C2 und DE 28 47 848 C2 bekannt. Die Druckschriften DE 43 36 366 C2 und DE 195 12 993 A1 offenbaren jeweils Gehäuse für derartige Hydraulikeinheiten.
Eine andere Schrägachsenkonstruktion verwendet einen ”Kippblock” wie er von Foster in dem U.S. Patent Nr. 4,893,549 offenbart wird. Eine drehbare zylindrische Trommel oder ein Zylinderblockeinsatz weist mehrere axiale Kolben darin auf, die auf einem nicht drehbaren Schwenkschlitten auf dessen Rotationsachse gelagert sind. Der Schwenkschlitten weist eine einer konkaven Schwenkschlittenführungsfläche gegenüberliegend angeordnete konvexe Endseite auf. Die Schwenkschlittenführungsfläche ist Teil des Schwenkschlittengehäuses, welches an dem Maschinengehäuse mittels einer Flanschverbindung befestigt ist. Nur der Zylinderblocksatz neigt oder schwenkt sich um die Verdrängung zu variieren.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verstellbare Schrägachseneinheit mit einer verbesserten Steuerung der Jochposition zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine verstellbare Schrägachseneinheit der Bauart mit schwenkbarem Joch mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Besonders bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Schrägachsen-Hydraulikeinheit dieser Erfindung. Abschnitte des Gehäuses wurden zur Verdeutlichung entfernt, um einige der Innenkomponenen besser zu zeigen.
2 ist eine Ansicht der linken Seite der Schrägachseneinheit von 1, von der Rückseite der Einheit her betrachtet. Diese Ansicht zeigt die Steuerung für das Schwenken des Jochs. Wiederum wurden Teile des Gehäuses zur Verdeutlichung entfernt, um einige der Innenkomponenten besser zu zeigen.
3 ist eine Ansicht ähnlich 2, zeigt aber das Steuergehäuse aufgeschnitten, um die Servobohrungen, die Steuerbohrung und die Fluidkanäle zwischen den Servobohrungen und der Steuerbohrung freizulegen. Das Joch ist an dem ungefähren Mittelpunkt seines Schwenkbewegungsbereichs angeordnet.
4 ist eine Ansicht ähnlich 3, zeigt aber das Joch in der Nähe des einen Endes seines Schwenkbewegungsbereichs.
5 ist eine Ansicht ähnlich 4, zeigt aber das Joch in der Nähe des anderen Endes seines Schwenkbewegungsbereichs.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Betätigungselementstangenanordnung und des Kugel/Lagerpfannen-Gelenks dieser Erfindung.
7 ist eine Querschnittsansicht der Anordnung von 6 und stellt dar, daß die Lagerpfanne mehr als 90° in einer gegebenen Ebene schwenken kann.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht entnommen aus dem Bereich 8-8 in 7.
1 stellt eine Schrägachsen-Hydraulikeinheit 10 mit verstellbarer Verdrängung dar. Die Schrägachseneinheit 10 enthält einen Stützrahmen oder ein Gehäuse 12, von dem vieles für die Erfindung irrelevant ist und deswegen weggeschnitten wurde, um eine bessere Sicht auf die Innenkomponenten zu ermöglichen. Die Verdrängung der Schrägachseneinheit 10 wird mittels eines einteiligen Schwenkjochs 14 verstellt, welches einen herkömmlichen Zylinderblock oder Zylinderblocksatz 16 lagert, der antriebsmäßig mit einer Hauptwelle 104 verbunden ist, die drehbar im Gehäuse 12. Das Joch 14 wird durch eine elektrohydraulische Steuerung 22 gezwungen, sich um ein Paar gegenüberliegender Schwenkarme oder Drehzapfen 18, 20 zu schwenken oder drehen. Bevorzugt teilen sich die Drehzapfen 18, 20 eine gemeinsame feste Schwenk- oder Rotationsachse 24.
Wie es am besten im Hinblick auf 1, 6 und 7 verständlich wird, ist ein universelles Kugel/Lagerpfannen-Gelenk 26 betriebsmäßig mit dem Joch 14 bei dem Drehzapfen 18 verbunden. Eine langgestreckte Betätigungselementstange 28 weist eine im wesentlichen sphärische und bevorzugt äußere Oberfläche 30 an einem ersten Ende und einen Servokolben 32 an dem zweiten Ende auf. Wie in 2 und 5 zu sehen, ist ein ähnliche Betätigungselementstange 28 auf der anderen Seite der Rotationsachse 24 vorgesehen. Die Servokolben 32 sind gleitend, dicht und kippbar jeweils in Servobohrungen 34 und 36 eines Steuergehäuses 38 aufgenommen. Obwohl viele Anordnungen möglich sind, weist jede von den Servobohrungen 34, 36 bevorzugt eine zentrale Achse auf, welche in Bezug auf die andere Servobohrung gekippt ist. Die Bohrungen 34, 36 müssen nicht zueinander parallel sein. Demzufolge können die Mittenachsen der Servobohrungen eine Vielfalt von Winkeln in Bezug auf den Drehzapfen 18 bilden. Eine Verdrängungssteuerung könnte sowohl auf den Drehzapfen 20 als auch oder stattdessen auf dem Drehzapfen 18 ausgeübt werden. Somit kann Kraft mittels der Betätigungselementstange 28 aufgebracht werden, um das Joch mehr als 90° aus einer Neutral- oder Mittenposition zu schwenken oder zu drehen. Mit anderen Worten, es wird ein Bereich von mindestens ±45° aus der Neutral- oder Mittelpunktposition bereitgestellt. Die Steuerkräfte des Jochs 14 können in mehr als zwei Ebenen liegen.
In 3 bis 5 (in welchen das Steuergehäuse 38 entfernt wurde) und 6 bis 7, sind die verschiedenen Komponenten, die für die Betätigung des Schwenkjochs 14 durch den Servokolben erforderlich sind, dargestellt. Ein Lagerpfannenelement 40 ist zwischen die sphärische Oberfläche 30 der Betätigungselementstange 28 und den Steuerdrehzapfenkörperflansch 42 auf dem Joch 14 eingefügt. Es ist erwogen, daß das Lagerpfannenelement 40 lediglich aus einer Bohrung in dem Körperflansch 42 besteht, und kein getrenntes Teil erfordert.
Die Betätigungselementstange 28 weist in entgegengesetzter Richtung zu einem Servokolben 32 ein Kugelende oder eine sphärische Oberfläche 30 auf. Der Zwischenabschnitt der Betätigungselementstange 28 besitzt eine zylindrische Form. Die Stange 28 besitzt einen kräftigen Querschnitt und ist aus einem festen Material mit ausreichender Festigkeit geformt, um die erwarteten Belastungen und Beanspruchungen zu handhaben. Die Betätigungselementstange 28 weist einen reduzierten Durchmesserabschnitt 44 hinter dem Kugelende 30 angrenzend auf. Ein sich verjüngender Abschnitt 46 verbindet den reduzierten Durchmesserabschnitt 48 mit dem Zwischenabschnitt der Betätigungselementstange 28.
Der Berührungsabschnitt des Kugel/Lagerpfannen-Gelenks enthält eine Lagerpfanne 48, welche bevorzugt aus einem schmiedbaren Material, wie z. B. Messing, aufgebaut ist. Die Lagerpfanne 48 ist an dem Kugelende 30 der Betätigungselementstange 28 angequetscht oder anderweitig befestigt, so daß die Lagerpfanne 48 nahezu um 360° um das Kugelende 30 unter ihrem eigenen Gewicht frei schwenkt. Die Abschnitt mit reduziertem Durchmesser und die Verjüngung 44, 46 tragen zur Bereitstellung eines Freiraums für die Relativbewegung der Kugel und der Lagerpfanne bei. Die Lagerpfanne 48 weist im wesentlichen eine zylindrische Außenoberfläche, ein offenes Ende und ein geschlossenes Ende auf. Bevorzugt erstrecken sich Spiralnuten 49 um den Außendurchmesser der Lagerpfanne 48. Diese Nuten 49 helfen beim Zusammenbauvorgang, indem sie das Entweichen von eingeschlossener Luft oder von anderen Fluiden um die Lagerpfanne 48 herum zulassen.
Gemäß nochmaligem Bezug auf 1 bis 5 enthält die Steuerung auch einen Schrittmotor 50 der in einer Steuerbohrung 51 zwischen den Servobohrungen 34 und 36 in dem Steuerungsgehäuse 38 angeordnet ist. Der Schrittmotor 50 steht betrieblich mit einer linear betätigten hydraulischen Verdrängungssteuerung 52 in Eingriff, welche die notwendige herkömmliche und geeignete Kanalführung zur Führung von Öl zu den Servobohrungen 34, 36 auf der Basis von elektrischen Befehlen von der Bedienungsperson an dem Schrittmotor aufweist. Die Verdrängungssteuerung 52 weist einen Steuerkolben 54 auf, der gleitend in einer umgebenden Hülse 56 montiert ist. Das von dem Schrittmotor 60 entfernte Ende der Hülse 56 wirkt als ein Rückkopplungsmechanismus 58 indem es an einem auf dem Joch 14 ausgebildeten integrierten Nockenelement 60 aufliegt.
Das Nockenelement 60 ist bevorzugt ein radialer und exzentrischer Vorsprung auf dem Steuerdrehzapfen 18. Das integrierte Nockenelement 60 erstreckt sich in einer Ebene, welche im allgemeinen senkrecht zu der Rotationsachse 24 der Drehzapfen liegt. Somit folgt, wenn das Joch 14 um die Drehzapfenachse 24 geschwenkt oder gedreht wird, das Rückkopplungselement oder ferne Ende 58 der Hülse 56 dem Nockenelement 60 und wird dadurch auf das Steuergehäuse 38 hin gedrückt oder kann sich davon entfernen, je nachdem was der Fall ist. Die sich ergebende Relativbewegung zwischen der Hülse 56 und dem Steuerkolben 54 erzeugt eine Rückkopplung für die Steuerung 52 und führt dementsprechend Öl zu oder von den Bohrungen 34, 36. Die Steuerung kann in der Art eines geschlossenen Regelkreises regeln, so daß eine vorgegebene Jochposition oder Fluidverdrängung aufrechterhalten wird. Das integrale Nockenelement 60 erstreckt sich weit genug, um den Steuerdrehzapfen 18, um die volle Schwenkbewegung des Jochs 14 aufzunehmen. Da das Joch 14 bevorzugt mindestens um 90° schwenkt, erstreckt sich das Nockenelement 60 um mindestens 90° um den Drehzapfen 18.
1 bis 5 stellen zusätzliche Merkmale der Steuerung 22 dieser Erfindung dar. Die Steuerung 22 enthält ein einteiliges Steuergehäuse 38, welches ein Paar Servobohrungen 34, 36 darin ausgebildet hat. Die Servobohrungen 34, 36 sind im allgemeinen auf den Drehzapfen 18 hin ausgerichtet, aber nicht notwendigerweise senkrecht zu dem Gehäuse 38, welches bevorzugt eine etwas unregelmäßige Form aufweist. Die Gesamtform der Steuerung 22 ist jedoch im wesentlichen rechteckig. Das Gehäuse 38 der Steuerung 22 weist zwei Außenabschnitte auf, welche die Servobohrungen 34, 36 darin aufnehmen. Servokolben 32 an den Enden der Betätigungselementstangen 28 erstrecken sich gleitend in die Bohrungen 34, 36.
Aufgrund der Verbindungsstellen der Betätigungselementstangen 28 mit dem Körperflansch 42 des Jochs 14 kippen die Servokolben 32 manchmal etwas in den Servobohrungen 34, 36. Normalerweise würde dieses ein Verschleiß- und Leckageproblem darstellen, aber der O-Ring und die in 8 dargestellte Dichtringkonfiguration reduziert die Gleitreibung unter Aufrechterhaltung einer wirksamen Abdichtung auch dann, wenn der Kolben 32 gekippt ist. Der Dichtring 62, welcher bevorzugt aus einem auf Teflon^TM basierenden Material aufgebaut ist, ist von T-Lon of Hartland, Wisconsin, U.S.A. erhältlich. Der O-Ring 64 ist ein standardmäßiges Fluorkarbon/SPM-Material und ist von einer Vielzahl von Herstellern unter der Bezeichnung Viton^TM erhältlich.
2 bis 5 stellen dar, daß der zentrale Abschnitt der Steuerung 22 die Steuerungsbohrung 51 enthält, welche den Schrittmotor 50 und die Verdrängungssteuerung 52 aufnimmt. Der Schrittmotor 50 ist mit einem der Steuerelemente bevorzugt dem Steuerkolben 54 verbunden. Natürlich ist das Rückkopplungselement 58 an dem entfernten und vorstehenden Ende der Hülse 56 angeordnet. Die Hülse 56 und der Steuerkolben 54 enthalten eine Anzahl von Auslässen und Dichtflächen darauf, welche im Fachgebiet üblich sind. Die Auslässe sind mit Innenkanälen 66, 68 innerhalb des Steuergehäuses 38 verbunden, so daß sie Hydrauliköl für die Steuerung bei den Servobohrungen 34, 36 liefern. Eine Zuführung von Öl zu der Servobohrung 34 veranlaßt eine Ausdehnung der entsprechenden Betätigungselementstange 28 und ein Zurückziehen der anderen Betätigungselementstange. Ein Zuführung von Öl zu der anderen Servobohrung veranlaßt eine Ausdehnung der entsprechenden Betätigungselementstange 28 und ein Zurückziehen der anderen Betätigungselementstange. Die Steuerbohrung 51, die Verdrängungssteuerung 52 und der Schrittmotor 50 sind zwischen den Servobohrungen 34, 36 und ihren Betätigungselementstangen 28 angeordnet.
Das Steuergehäuse ist als einteiliges Einzelgußstück vorgesehen. Dieses ergibt kürzere Steuer- und Servokanäle. Diese kürzeren Kanäle sind gegenüber hydraulischen Verlusten oder Schwankungen oder anderen Phänomen unempfindlich. Offensichtlich ist das Gehäuse 38 kompakter als bestehende Gehäuse. Es sind keine Außenschläuche oder Rohre erforderlich, um die erforderlichen Verbindungen zu erzeugen. Die Steuerung 52 und damit die Einheit reagiert schnell aufgrund der kurzen internen Kanäle. Schließlich ist die Steuerung 52 einschließlich des Schrittmotors 50 wegen ihrer Position zwischen den Servobohrungen 34 und 36 physikalisch geschützt. Die Positionsgenauigkeit des Steuerkolbens 54, der Hülse 56 und der Servobohrung 34, 36 wird durch die Verwendung gemeinsamer Koordinaten für die Bearbeitung und die Eliminierung von Verbindungen erhöht.

Claims

Verstellbare Schrägachseneinheit (10) der Bauart mit schwenkbarem Joch, aufweisend: ein Joch (14) mit einem Steuerungsdrehzapfen (18), welcher das Joch (14) drehbar an einem festen Rahmen (12) der Schrägachseneinheit (10) befestigt, wobei das Joch (14) um den Steuerungsdrehzapfen (18) drehbar ist, um eine Verdrängung der Schrägachseneinheit (10) zu verstellen, gekennzeichnet durch ein in einem Stück mit dem Joch (14) ausgebildetes Nockenelement (60); und einen geschlossenen Regelmechanismus (22) zum Verstellen der Verdrängung der verstellbaren Verdrängungseinheit (10), wobei der Regelmechanismus (22) ein Rückkopplungselement (58) für einen Eingriff mit dem integralen Nockenelement (60) enthält, um so dem Regelungsmechanismus (22) eine Rückkopplung bezüglich der Schwenkstellung des Jochs (14) zu dem Rahmen (12) und dadurch der Verdrängung der Schrägachseneinheit (10) zu liefern.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach Anspruch 1, wobei der Regelmechanismus (22) ein Steuergehäuse (38) mit mindestens einer darin ausgebildeten Servobohrung (34, 36), einen antreibend in der Servobohrung (34, 36) angeordneten Servokolben (32), mindestens ein den Servokolben (32) und das Joch (14) an einer von einer Schwenkachse (24) des Steuerungsdrehzapfens (18) versetzten Stelle verbindendes mechanisches Betätigungselement, und eine Verdrängungssteuerung (52), die fluidmäßig mit der Servobohrung (34, 36) verbunden ist, um selektiv hydraulisches Fluid zu oder aus der Servobohrung (34, 36) zu führen und dadurch den Servokolben (32) und das mechanische Betätigungselement zum Schwenken des Jochs (14) zu betätigen, aufweist; das mechanische Betätigungselement eine langgestreckte Betätigungselementstange (28) mit im Allgemeinen gegenüberliegenden ersten und zweiten Enden aufweist, wobei das erste Ende mit dem Joch (14) verbunden ist und eine Außenoberfläche aufweist, die im Wesentlichen ein sphärisches Profil besitzt, und wobei das zweite Ende der Betätigungselementstange (28) mit dem Servokolben (31) verbunden ist; und das mechanische Betätigungselement ferner ein Lagerpfannenelement (40) enthält, das an einem von dem Joch (14) und dem ersten Ende der Betätigungselementstange (28) befestigt ist, wobei das Lagerpfannenelement (40) ineinandergreifend und schwenkend die Außenoberfläche des ersten Endes so erfasst, dass die Betätigungselementstange das Joch (14) um die Schwenkachse (24) mit Kräften schwenkt, die in mindestens zwei Ebenen liegen, wenn hydraulisches Fluid zu und aus der Servobohrung (34, 36) geführt wird.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach Anspruch 2, wobei das erste Ende der Betätigungselementstange (28) ein nach vorne gerichtetes im Wesentlichen sphärisches Kugelende (30) enthält und das Lagerpfannenelement (40) eine konkave Oberfläche aufweist, welche schwenkbar das Kugelende (30) aufnimmt.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach Anspruch 3, wobei die Betätigungselementstange (28) einen Abschnitt (44) mit reduziertem Durchmesser hinten an das Kugelende (30) angrenzend enthält.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner mit einer Dichtungseinrichtung, die einen in einer Nut (49) befestigten elastischen O-Ring (64) und einen im Wesentlichen starren verschleißbeständigen Gleitring, der in der Nut montiert ist und auf dem O-Ring (64) aufliegt, so dass er federnd von dem Servokolben (32) radial nach außen gedrückt wird, enthält.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Servokolben (32) in Bezug auf die Servobohrung (34, 36) schräg liegt.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Steuergehäuse (38) ein einzelnes einteiliges starres Gussteil ist.
Verstellbare Schrägachseneinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Steuergehäuse (38) ein Paar voneinander beabstandeter Servobohrungen (34, 36) darin und eine Steuerungsbohrung (51) für die Aufnahme der zwischen den Servobohrungen (34, 36) angeordneten Verdrängungssteuerung (52) enthält.