DE102010006895A1 - Axial piston machine and control mirror - Google Patents
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- F04B1/2042—Valves
Abstract
Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine mit einem in Abhängigkeit vom Betriebsmodus steuerbaren Entlastungsfeld.An axial piston machine is disclosed with a relief field that can be controlled as a function of the operating mode.
Description
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und einen für eine derartige Axialkolbenmaschine geeigneten Steuerspiegel.The invention relates to an axial piston machine according to the preamble of
Der Grundaufbau derartiger Axialkolbenmaschinen ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise dem von der Bosch Rexroth AG heraus gegebenen Datenblatt RD 92 711/10.07 (Verstellpumpe A10VSO) bekannt, so dass hier nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Bauelemente erläutert werden. Eine derartige Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise verstellbar ausgeführt und hat eine Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Zylinderbohrungen ausgebildet ist, in denen Kolben axial verschiebbar geführt sind. Bei Axialkolbenmaschinen des oben genannten Typs liegen Endabschnitte der Kolben an einer Schrägscheibe an, deren Schwenkwinkel zur Einstellung des Förder-/Schluckvolumens verstellbar ausgeführt sein kann. Die Kolben begrenzen jeweils abschnittsweise einen Zylinderraum, der über einen stirnseitig an der Zylindertrommel anliegenden Steuerspiegel während der Rotation der Zylindertrommel alternierend mit in einer Anschlussplatte ausgebildeten Hochdruck- und einem Niederdruckanschluß verbindbar ist.The basic structure of such axial piston machines is known from the prior art, for example the data sheet RD 92 711 / 10.07 (variable displacement pump A10VSO) given by the Bosch Rexroth AG, so that only the components essential for understanding the invention are explained here. Such axial piston machine is preferably carried out adjustable and has a cylindrical drum in which a plurality of cylinder bores is formed, in which pistons are guided axially displaceable. In axial piston machines of the abovementioned type, end sections of the pistons abut against a swashplate whose swivel angle can be made adjustable in order to adjust the delivery / displacement volume. Each of the pistons delimits a cylindrical space in sections, which can be connected alternately to a high-pressure and low-pressure connection formed in a connecting plate via a control mirror abutting the cylindrical drum during rotation of the cylindrical drum.
Eine derartige Axialkolbenmaschine kann sowohl als Hydropumpe als auch als Hydromotor betrieben werden. Aufgrund des Funktionsprinzips derartiger Axialkolbenmaschinen wird die Zylindertrommel mit einer vergleichsweise hohen Kraft gegen den feststehenden Steuerspiegel gepresst, so dass beim Betrieb der Axialkolbenmaschine im Anlagebereich ein erheblicher Verschleiß erfolgen kann. Zur Verringerung dieses Verschleißes ist bei der aus dem Datenblatt bekannten Axialkolbenmaschine an der Stirnfläche der Zylindertrommel ein Axialvorsprung ausgeführt, dessen Stirnfläche mit Hochdruck beaufschlagbar ist, so dass die Zylindertrommel hydrostatisch am Steuerspiegel abgestützt ist. Die Stirnfläche des Ringvorsprungs wirkt somit als Entlastungsfeld, das der Anpresskraft der Zylindertrommel entgegen wirkt und somit den Verschleiß verringert.Such axial piston machine can be operated both as a hydraulic pump and as a hydraulic motor. Due to the functional principle of such axial piston machines, the cylinder drum is pressed with a comparatively high force against the fixed control mirror, so that considerable wear can occur during operation of the axial piston machine in the contact region. To reduce this wear, an axial projection is designed in the case of the axial piston machine known from the data sheet on the end face of the cylinder drum, whose end face can be subjected to high pressure, so that the cylinder drum is supported hydrostatically on the control mirror. The end face of the annular projection thus acts as a relief field, which counteracts the contact force of the cylinder drum and thus reduces wear.
Derartige Entlastungsfelder sind auch in den Druckschriften
Bei diesen Lösungen sind die Entlastungsfelder in unterschiedlicher Geometrie als Druckmittel beaufschlagte Vorsprünge oder Nuten ausgebildet.In these solutions, the relief fields are formed in different geometry as a pressure medium acted projections or grooves.
Werden derartige Axialkolbenmaschinen als Pumpe betrieben, so wird die oben genannte Anpresskraft der Zylindertrommel an den Steuerspiegel durch die Reibkräfte der das druckbeaufschlagte Druckmittel ausschiebenden Kolben verstärkt. Beim Betrieb als Motor werden die Kolben durch den Hochdruck vom Steuerspiegel weg bewegt, so dass diese Reibkräfte entgegen der auf den Zylinder wirkenden Anpresskraft wirkt, so dass diese verringert ist.If such axial piston machines operated as a pump, the above-mentioned contact pressure of the cylinder drum is amplified to the control mirror by the frictional forces of the pressurized piston ausschiebenden pressure. When operating as a motor, the pistons are moved away from the control mirror by the high pressure, so that these frictional forces counteract the force acting on the cylinder pressing force, so that it is reduced.
Legt man nun die Wirkfläche der Entlastungsfelder auf den Pumpenbetrieb aus, so kann es beim Motorbetrieb aufgrund der zusätzlichen Entlastung durch die sich von dem Steuerspiegel weg bewegenden Kolben bereits bei niedrigen Drehzahlen zu einem Abheben der Zylindertrommel vom Steuerspiegel und somit zu einer Fehlfunktion des Triebwerks der Axialkolbenmaschine kommen. Um derartige Fehler auszuräumen, sind je nach Bestimmung der Axialkolbenmaschine Zylindertrommeln mit unterschiedlichen Entlastungsfeldern vorgesehen, wobei das Entlastungsfeld für einen Motor kleiner ist als dasjenige für eine Pumpe ist.If the effective area of the relief fields is now based on the pump operation, then, in the case of engine operation, due to the additional relief from the piston moving away from the control plate, the cylinder drum may already lift off the control plate at low rotational speeds and thus cause a malfunction of the axial piston engine come. In order to eliminate such errors, depending on the determination of the axial piston cylinder drums with different relief fields are provided, wherein the discharge field for a motor is smaller than that for a pump.
Eine derartige Lösung hat zum einen den Nachteil, dass für jede Maschine unterschiedliche Zylindertrommeln bereitgehalten werden müssen und dass eine für den Pumpenbetrieb ausgelegte Hydromaschine nicht oder nur in bestimmten Betriebszuständen als Motor verwendet werden kann.On the one hand, such a solution has the disadvantage that different cylinder drums must be kept ready for each machine, and that a hydraulic machine designed for pump operation can not be used as an engine or only in certain operating states.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine zu schaffen, die in weiten Betriebsbereichen sowohl als Motor als auch als Pumpe einsetzbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen für eine derartige Axialkolbenmaschine geeigneten Steuerspiegel zu schaffen.In contrast, the invention has for its object to provide an axial piston machine which can be used in a wide operating ranges both as a motor and as a pump. Another object of the invention is to provide a control plate suitable for such an axial piston machine.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf die Axialkolbenmaschine durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf die Steuerscheibe durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 11 gelöst.This object is achieved with respect to the axial piston machine by the feature combination of
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Erfindungsgemäß hat die Axialkolbenmaschine eine drehbar gelagerte Zylindertrommel, in der eine Vielzahl von Zylinderräumen ausgebildet ist, die jeweils durch einen Kolben begrenzt ist. Die Zylindertrommel liegt stirnseitig an einem Steuerspiegel an, über den die Zylinderräume während der Rotation alternierend mit Hoch- oder Niederdruck verbindbar sind. Im Anlagebereich zwischen der Zylindertrommel und dem Steuerspiegel ist ein Entlastungsfeld zur Verringerung der Flächenpressung zwischen Zylindertrommel und Steuerspiegel vorgesehen. Erfindungsgemäß kann dieses Entlastungsfeld in Abhängigkeit vom Betriebsmodus der Axialkolbenmaschine (Pumpe/Motor) drucklos geschaltet oder der das Entlastungsfeld beaufschlagende Druck reduziert werden.According to the invention, the axial piston machine has a rotatably mounted cylinder drum, in which a plurality of cylinder chambers is formed, which is bounded in each case by a piston. The cylinder drum is located on the front side of a control mirror, via which the cylinder chambers during rotation alternately with high or low pressure can be connected. In the contact area between the cylinder drum and the control mirror, a relief field for reducing the surface pressure between the cylinder drum and the control mirror is provided. According to the invention, this discharge field can be depressurized as a function of the operating mode of the axial piston machine (pump / motor) or the pressure acting on the discharge field can be reduced.
Durch diese Maßnahme kann der Entlastungsdruck auf einfache Weise in Abhängigkeit vom Betriebsmodus (Pumpe/Motor) verändert werden, so dass das eingangs beschriebene Abheben der Zylindertrommel vom Steuerspiegel beim Motorbetrieb nicht zu befürchten ist und andererseits auch beim Pumpenbetrieb eine übermäßige Flächenpressung und damit ein vorzeitiger Verschleiß der Zylindertrommel oder des Steuerspiegels verhindert werden kann. Dieses Umsteuern kann auch während des Betriebs der Axialkolbenmaschine erfolgen, so dass diese in einem Regenerativsystem betrieben werden kann, in der die Maschine im 4-Quadrantenbetrieb betrieben ist, in dem die Strömungsrichtung des Druckmittels und die Hoch- und Niederdruckseite wechseln können. By this measure, the relief pressure in a simple manner depending on the operating mode (pump / motor) can be changed so that the above-described lifting of the cylinder drum from the control mirror during engine operation is not to be feared and on the other hand also in pump operation excessive surface pressure and thus premature wear the cylinder drum or the control mirror can be prevented. This reversal can also take place during the operation of the axial piston machine, so that it can be operated in a regenerative system in which the machine is operated in 4-quadrant operation in which the flow direction of the pressure medium and the high and low pressure side can change.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit mit einer schaltbaren oder stetig verstellbaren Ventileinrichtung ausgeführt, über die das Entlastungsfeld mit Niederdruck, mit Hochdruck oder einem sonstigen Druck beaufschlagbar ist, um die gewünschte Entlastung bereit zu stellen.In a particularly preferred embodiment, the control unit is designed with a switchable or continuously adjustable valve device, via which the discharge field with low pressure, high pressure or other pressure can be acted upon to provide the desired discharge.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist neben dem steuerbaren Entlastungsfeld ein Hauptentlastungsfeld vorgesehen, wobei das Entlastungsfeld im Motorbetrieb drucklos geschaltet wird.In a particularly preferred embodiment, a main relief field is provided in addition to the controllable discharge field, wherein the discharge field is switched without pressure in engine operation.
Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, wenn die Summe der Wirkflächen des Entlastungsfelds und des Hauptentlastungsfelds etwas größer als die druckbeaufschlagte Gesamtfläche der Kolben der Axialkolbenmaschine ist und diese Kolbengesamtfläche wiederum größer als die Wirkfläche des Hauptentlastungsfelds ausgeführt ist. Durch diese Flächenverhältnisse ist sichergestellt, dass im Betrieb als Motor keine übermäßige Entlastung erfolgt und im Pumpenbetrieb eine hinreichende Entlastung vorliegt.According to the invention, it is particularly preferred if the sum of the effective areas of the relief field and the main relief field is slightly larger than the pressurized total area of the pistons of the axial piston machine and this total piston area is again larger than the effective area of the main relief field. These area ratios ensure that no excessive relief takes place during operation as a motor and there is sufficient relief during pump operation.
Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind diese Entlastungsflächen am Steuerspiegel ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Entlastungsfläche nicht umläuft und somit in bezug zum Hochdruckbereich stationär ist, so dass auch asymmetrische Entlastungsfeldgeometrien realisierbar sind, die im Hinblick auf die optimale Entlastung ausgelegt sind.According to an advantageous embodiment, these relief surfaces are formed on the control mirror. This has the advantage that the relief surface does not rotate and thus is stationary with respect to the high-pressure region, so that asymmetric relief field geometries can be realized, which are designed with regard to the optimal discharge.
Dabei wird es bevorzugt, wenn das Hauptentlastungsfeld als Ringvorsprung am Steuerspiegel ausgeführt ist, in dem die Hochdruck- und Niederdruck-Steuernieren. münden. Das Entlastungsfeld kann dann radial versetzt zu den Hochdruck-Steuernieren angeordnet sein.It is preferred if the main relief field is designed as an annular projection on the control mirror, in which the high-pressure and low-pressure control kidneys. lead. The relief field may then be arranged radially offset from the high-pressure control.
Durch eine radial außen liegende Anordnung des Entlastungsfelds kann neben der Verringerung der Flächenpressung noch ein Kippen der Zylindertrommel im Pumpenbetrieb verhindert oder zumindest auf höhere Drehzahlen verlagert werden. Dieses Kippen ist ein bekanntes Phänomen, wobei bei hohen Drehzahlen und niedrigem Druck der Zylinder im Pumpenbetrieb vom Steuerspiegel abhebt und dann aufgrund des höheren Drucks im Bereich der Hochdruckseite kippt. Zur Erhöhung der Abhebedrehzahl ist bei der im RD-Datenblatt beschriebenen Axialkolbenmaschine am Zylinder ein Stützrand eingeführt, der den Drehpunkt zum Kippen des Zylinders weiter nach außen verlagert, so dass dieser besser abgestützt ist. Durch das radial außen liegende Entlastungsfeld kann die Funktion des Stützrandes mit übernommen werden, so dass ein Kippen des Zylinders verringert oder zumindest in höhere Drehzahlbereiche verschoben wird.By means of a radially outer arrangement of the relief field, in addition to the reduction of the surface pressure, tilting of the cylinder drum during pump operation can still be prevented or at least shifted to higher rotational speeds. This tilting is a well-known phenomenon where, at high speeds and low pressure, the cylinder lifts off the control level during pump operation and then tilts due to the higher pressure in the area of the high pressure side. To increase the Abhebedrehzahl a support edge is introduced in the case of the axial piston described in RD data sheet on the cylinder, which moves the pivot point for tilting the cylinder further outwards, so that it is better supported. Due to the radially outer relief field, the function of the support edge can be taken with, so that tilting of the cylinder is reduced or at least shifted to higher speed ranges.
Die Druckmittelversorgung des Entlastungsfelds erfolgt vorzugsweise über das Hauptentlastungsfeld oder über eine eigene Druckmittelversorgung.The pressure medium supply of the discharge field is preferably via the main discharge field or via its own pressure medium supply.
Die Druckmittelverbindung zwischen Hauptentlastungsfeld und Entlastungsfeld kann auch extern über die Ventileinrichtung erfolgen.The pressure medium connection between main relief field and discharge field can also be done externally via the valve device.
Bei Hydromaschinen, die im 4-Quadrantenbetrieb eingesetzt werden sollen, kann jeder Drehrichtung ein Entlastungsfeld zugeordnet sein, die dann vorzugsweise diametral zueinander angeordnet sind.In hydraulic machines to be used in 4-quadrant operation, each direction of rotation can be assigned a discharge field, which are then preferably arranged diametrically opposite each other.
Zur optimalen Steuerung der Entlastungsfelder kann die Steuereinrichtung mit einer Einrichtung zur Erfassung der Druckmittelströmungsrichtung und der Lage der Hochdruckseite ausgeführt sein. Durch diese Ausgestaltung der Steuereinrichtung kann erfasst werden, ob die Hydromaschine im Pumpenbetrieb oder im Motorbetrieb läuft und dann entsprechend das Entlastungsfeld mit Hochdruck oder Niederdruck beaufschlagt werden, um die geeignete Entlastung zu steuern.For optimum control of the relief fields, the control device can be designed with a device for detecting the pressure medium flow direction and the position of the high pressure side. By this embodiment of the control device can be detected whether the hydraulic machine runs in pump mode or in engine operation and then according to the discharge field with high pressure or low pressure are applied to control the appropriate discharge.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Entlastungskraft durch entsprechende Drucksteuerung und Auslegung der Entlastungsflächen stufenlos gesteuert Werden kann, so dass ein Leckölstrom, der Wirkungsgrad der Hydromaschine, der Verschleiß der Hydromaschine und das unerwünschte Abheben des Zylinders im Sinne eines „Condition Monitoring” überwacht und die Hydromaschine entsprechend gesteuert werden kann.Another advantage of the invention is that the relieving force can be continuously controlled by appropriate pressure control and design of the relief surfaces, so that a leakage oil flow, the efficiency of the hydraulic machine, the wear of the hydraulic machine and the unwanted lifting of the cylinder in the sense of "Condition Monitoring" monitored and the hydraulic machine can be controlled accordingly.
Wie im Weiteren noch näher erläutert wird, kann über das steuerbare Entlastungsfeld auch eine Zylinderabhebesicherung realisiert werden, so dass Gehäusedruckspitzen reduziert oder verhindert werden können.As will be explained in more detail below, a cylinder lift-off protection can also be realized via the controllable relief field, so that Casing pressure peaks can be reduced or prevented.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
Die Axialkolbenmaschine
Das Triebwerk
Die Verstellung des Förder-/Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine
Bei vorgegebener Drehrichtung kann durch Verschwenken der Schrägscheibe
Der Steuerspiegel
Zwischen den HD-Steuernieren
Wie insbesondere aus dem Schnitt A-A hervorgeht, ist in dem durch die Nieren
Auf der Hochdruckseite (HD-Steuernieren
In
Die Ansteuerung des Entlastungsfelds
Der Druck im Versorgungskanal
Diese Betätigung kann über nicht dargestellte Stellteile erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich den anhand von
Eine konkrete Lösung dieses Konzepts ist in
Die vorbeschriebenen Kanäle
Das Entlastungsventil
Bei dem in
Wie bereits eingangs erläutert, neigt die Zylindertrommel
Bei herkömmlichen Lösungen wird dieses Abkippen durch Vorsehen eines außen liegenden Stützrandes an der Zylindertrommel
In
Falls über die Hydromaschine schnelle Last- und Drehrichtungswechsel gesteuert werden sollen, wie sie beispielsweise beim Reversieren auftreten können, werden die dann vorzugsweise als Konstanteinheiten ausgeführten Hydromaschinen im 4-Quadrantenbetrieb betrieben. Dies bedeutet, dass beim Reversieren Hochdruck- und Niederdruckseite an den Anschlüssen der Hydromaschine und auch entsprechend die Strömungsrichtung in der Hydromaschine wechseln. Für die erfindungsgemäße Lösung erfordert dies, dementsprechend die Strömungsrichtung und die Hochdruck-/Niederdruckseite zu erfassen und in Abhängigkeit von diesen Kenngrößen das Entlastungsfeld anzusteuern.
Die Steuernieren
Im Bereich zwischen den Eingängen des Wechselventils
Wie in
Es sei nun angenommen, dass die Axialkolbenmaschine
Die Funktion im Motorbetrieb ist entsprechend. Prinzipiell ist der Aufbau gemäß den
Wie ausgeführt, kann über eine derartige Steueranordnung sowohl die Strömungsrichtung des Druckmittels als auch die Lage der Hochdruckseite erfasst und in Abhängigkeit von diesen Parametern die Entlastungsflächen
Der Aufbau des Steuerspiegels
Die Anschlüsse A, B sind wieder über Kanäle
In den Versorgungskanalzweigen
Die beiden Entlastungsventile
Die Strömungsrichtung des Druckmittels wird über die Drehrichtung der Zylindertrommel
Offenbart ist eine Axialkolbenmaschine mit einem in Abhängigkeit vom Betriebsmodus steuerbaren Entlastungsfeld.Disclosed is an axial piston machine with a controllable depending on the operating mode discharge field.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Axialkolbenmaschineaxial piston
- 22
- Triebwerkengine
- 44
- Zylindertrommelcylinder drum
- 66
- Zylinderbohrungbore
- 88th
- Kolbenpiston
- 1010
- Zylinderraumcylinder space
- 1212
- Stirnseitefront
- 1414
- SteuerspiegelA control plate
- 1616
- Steuerniere HDControl HD
- 1818
- Steuerniere NDControl ND
- 2020
- Anschlussplatteconnecting plate
- 2222
- HD-AnschlussHD connection
- 2424
- ND-AnschlussND connection
- 2626
- Wellewave
- 2828
- Lageranordnungbearing arrangement
- 3030
- Gehäusecasing
- 3232
- Schrägscheibeswash plate
- 3434
- Kolbenfußpiston base
- 3636
- Gleitschuhshoe
- 3838
- RückstelleinrichtungReset device
- 4040
- Verstellzylinderadjusting cylinder
- 4141
- Kolbenpiston
- 4242
- RückstellzylinderReset cylinder
- 4343
- Stirnseitefront
- 4444
- InnendurchmesserInner diameter
- 4545
- Druckraumpressure chamber
- 4646
- Stegweb
- 4747
- Radialbohrungradial bore
- 4848
- Stegweb
- 5050
- Dämpfungsschlitzdamping slot
- 5252
- Dämpfungsschlitzdamping slot
- 5454
- Vorsprunghead Start
- 5656
- HauptentlastungsfeldMain relief field
- 5858
- Entlastungsfeldrelief field
- 6060
- Taschebag
- 6262
- DruckmittelversorgungPressure medium supply
- 6464
- Versorgungskanalsupply channel
- 6666
- Drosselthrottle
- 6868
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 70 70
- Entlastungskanalrelief channel
- 7272
- Drosselthrottle
- 7474
- Entlastungsventilrelief valve
- 7676
- Anbindungsbereichconnecting region
- 7878
- Anbindungsbereichconnecting region
- 8080
- Meldekanalsignaling channel
- 8282
- Bohrungdrilling
- 8484
- Kanalchannel
- 8686
- Kanalchannel
- 8888
- Blendecover
- 9090
- Blendecover
- 9191
- Wechselventilshuttle valve
- 9292
- Kanalabschnittchannel section
- 9494
- Kanalabschnittchannel section
- 9696
- Steuerleitungcontrol line
- 9898
- Bypasskanalbypass channel
- 100100
- Rückschlagventilcheck valve
- 102102
- Schaltventilswitching valve
- 104104
- Steuerkanalcontrol channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19539442 A1 [0004] DE 19539442 A1 [0004]
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