DE102011086571A1 - Axial piston machine with variable displacement and hydraulic drive train with an axial piston machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine (18) mit Gehäuse (1) für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit variabel einstellbarem Schluckvolumen, mit einer durch eine erste Verstelleinrichtung (3) innerhalb eines durch die erste Verstelleinrichtung (3) vorgegebenen Winkelbereichs schwenkbaren Schwenkwiege (2), die zumindest eine Oberfläche (22) aufweist und einer drehfest auf einer Achse (24) angeordneten Kolbentrommel (7) mit in der Kolbentrommel (7) angeordneten Kolben (12, 120), wobei die Kolben (12, 120) an der Oberfläche (22) der Schwenkwiege (2) derart anliegen, dass zwischen den Kolben (12, 120) und der Schwenkwiege (2) Druckkräfte übertragen werden können. Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine (18) weist weiterhin eine zweite Verstelleinrichtung (9, 16) auf, die derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine (18) zusätzlich zum durch die erste Verstelleinrichtung (3) variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.The invention relates to an axial piston machine (18) having a housing (1) for pump and / or motor operation with variably adjustable displacement, with a pivoting cradle (2) pivotable by a first adjustment device (3) within an angular range predetermined by the first adjustment device (3) ), which has at least one surface (22) and a piston drum (7) arranged rotatably on an axis (24) with pistons (12, 120) arranged in the piston drum (7), the pistons (12, 120) on the surface (22) of the pivoting cradle (2) lie in such a way that between the piston (12, 120) and the pivoting cradle (2) pressure forces can be transmitted. The axial piston machine (18) according to the invention also has a second adjusting device (9, 16) which is movable in such a way that the absorption volume of the axial piston machine (18) can be varied in addition to the displacement volume which can be variably adjusted by the first adjusting device (3).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft Axialkolbenmaschinen für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit veränderbarem Schluckvolumen und einen Hydraulikantriebsstrang mit einer erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine. The invention relates to axial piston machines for pump and / or engine operation with variable displacement and a hydraulic drive train with an axial piston according to the invention.
Axialkolbenmaschinen dienen prinzipiell zur Wandlung von hydraulischer in mechanische Arbeit, oder umgekehrt. Sie werden dementsprechend als Motor und/oder als Pumpe oder als Hydraulikgetriebe betrieben und kommen dabei in den verschiedensten Anwendungsgebieten zum Einsatz.Axial piston machines are used in principle for the conversion of hydraulic into mechanical work, or vice versa. They are accordingly operated as a motor and / or as a pump or as a hydraulic transmission and are used in a wide variety of applications.
Ein Anwendungsgebiet für Axialkolbenmaschinen ist beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich in einem seriellen oder parallelen Hydraulikhybridantriebsstrang. In einem seriellen Hydraulikhybridantriebsstrang, wie er beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten
Ferner sind beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten
Bei Axialkolbenmaschinen in Hydraulikhybridantriebssträngen kann das Bedürfnis bestehen, dass in bestimmten Betriebszuständen ein höheres Drehmoment erforderlich ist. Beispielsweise beim Anfahren.In axial piston engines in hybrid hydraulic powertrains, there may be a need for higher torque in certain operating conditions. For example, when starting.
Bei bestehenden Axialkolbenmaschinen ist eine Erhöhung des Drehmoments möglich, indem der hydraulische Druck erhöht wird, was den Nachteil bringt, dass die Maschine für einen höheren Druck ausgelegt werden muss, oder die Drehzahl der Axialkolbenmaschine muss erhöht werden, was aber nicht für jeden Betriebszustand sinnvoll ist, besonders beim Anfahren. Ferner können Axialkolbenmaschinen mit größerem Schwenkwinkel, bzw, mit einer großen möglichen Verschwenkung zum Einsatz kommen, was aber größeren Bauraum erfordert, bzw. das Problem der Überdimensionierung im Standardbetrieb ergibt. Ferner weisen Axialkolbenmaschinen mit erhöhtem Schwenkwinkel eine große Auskraglänge der Kolben aus dem zugehörigen Zylinder auf. Dies senkt im Teillastbetrieb der Maschine den Wirkungsgrad, da für den Wirkungsgrad das Verhältnis zwischen Auskraglänge und Führungslänge im Zylinder entscheidend ist. Die Führungslänge kann auch nicht, aufgrund von Bauraum und viskosen Verlusten, beliebig erhöht werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich für die Stellmotoren der Verstelleinrichtung bei großem Schwenkwinkel, da höhere Kräfte zu überwinden sind, um die Schwenkwiege zu verstellen.In existing axial piston machines, an increase in the torque is possible by increasing the hydraulic pressure, which has the disadvantage that the machine must be designed for a higher pressure, or the speed of the axial piston machine must be increased, but this is not useful for every operating condition , especially when starting off. Furthermore, axial piston machines can be used with a larger pivot angle, or, with a large possible pivoting, but this requires greater space, or the problem of over-dimensioning in standard operation results. Furthermore, axial piston machines with increased pivot angle have a large projection length of the pistons from the associated cylinder. This lowers the efficiency in part-load operation of the machine, since the ratio between the projection length and the guide length in the cylinder is decisive for the efficiency. The guide length can not be increased arbitrarily, due to space and viscous losses. Another disadvantage arises for the servomotors of the adjustment at a large tilt angle, as higher forces are overcome to adjust the pivoting cradle.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung liegt der Aufgabe zu Grunde ein höheres Drehmoment an der Axialkolbenmaschine bereitzustellen.The invention is based on the object to provide a higher torque on the axial piston machine.
Erfindungsgemäß wird eine Axialkolbenmaschine mit Gehäuse für den Pumpen- und/oder Motorbetrieb mit variabel einstellbarem Schluckvolumen vorgeschlagen, wobei die Axialkolbenmaschine eine durch eine erste Verstelleinrichtung innerhalb eines durch die erste Verstelleinrichtung vorgegebenen Winkelbereichs schwenkbaren Schwenkwiege aufweist, die zumindest eine Oberfläche aufweist und die Axialkolbenmaschine eine drehfest auf einer Achse angeordnete Kolbentrommel mit in der Kolbentrommel angeordneten Kolben aufweist, wobei die Kolben an der Oberfläche der Schwenkwiege derart anliegen, dass zwischen den Kolben und der Schwenkwiege Druckkräfte übertragen werden können. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zweite Verstelleinrichtung der Axialkolbenmaschine, die derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine zusätzlich zum durch die erste Verstelleinrichtung variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.According to the invention, an axial piston machine with a housing for pump and / or motor operation with variably adjustable displacement is proposed, the axial piston machine having a pivotable by a first adjustment within a predetermined angular range by the first adjustment pivoting cradle having at least one surface and the axial piston machine rotatably arranged on an axis piston drum having disposed in the piston drum piston, wherein the piston abut on the surface of the pivoting cradle such that between the piston and the pivoting cradle pressure forces can be transmitted. The invention is characterized by a second adjusting device of the axial piston machine which is movable in such a way that the absorption volume of the axial piston machine can be changed in addition to the displacement volume which can be variably adjusted by the first adjusting device.
Vorteile ergeben sich aus dem zusätzlich veränderbaren Schluckvolumen dahingehend, dass im Standardbetrieb nur das durch die erste Verstelleinrichtung vorgegebene maximale Schluckvolumen und das daraus resultierende Drehmoment erreicht werden kann. Dies ist im Normal-, bzw. Standardbetrieb auch gefordert, um in einem guten Leistungs- und Wirkungsgradverhältnis der Axialkolbenmaschine zu liegen. In bestimmten Betriebszuständen, wie zum Beispiel beim Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit einem Hydraulikhybridantriebsstrang kann es jedoch erforderlich sein, dass die Axialkolbenmaschine ein überhöhtes Drehmoment liefern soll. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem eine zweite Verstelleinrichtung derart bewegbar ist, dass das Schluckvolumen der Axialkolbenmaschine zusätzlich zum durch die erste Verstelleinrichtung variabel einstellbaren Schluckvolumen veränderbar ist.Advantages result from the additionally variable absorption volume in that, in standard operation, only the maximum absorption volume predetermined by the first adjustment device and the resulting torque can be achieved. This is also required in normal or standard operation in order to be in a good power and efficiency ratio of the axial piston machine. However, in certain operating conditions, such as when starting a motor vehicle with a hydraulic hybrid powertrain, it may be necessary for the axial piston engine to provide excessive torque. This is achieved according to the invention in that a second adjusting device is movable in such a way that the absorption volume of the axial piston machine can be changed in addition to the intake volume which can be variably adjusted by the first adjusting device.
Die Erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine bietet den Vorteil, dass sie im Standardbetrieb die Vorteile einer üblichen Axialkolbenmaschine bietet, wie beispielsweise einen guten Wirkungsgrad, und im Sonderbetrieb flexibel und temporär ein erforderliches höheres Drehmoment liefert, ohne dass beispielsweise eine Druckerhöhung der Hydraulik erforderlich wäre, bzw. die gesamte Axialkolbenmaschine für eine größere Verschwenkung ausgelegt werden müsste, als für den Standardbetrieb erforderlich. Besonders vorteilhaft ist, dass durch die Erfindung eine Drehmomentenüberhöhung bei niedrigen Drehzahlen der Axialkolbenmaschine möglich ist. Die Axialkolbenmaschine kann somit so ausgelegt werden, dass im Standardbetrieb ein kleineres Schluckvolumen möglich ist, was für eine kompaktere Maschine mit geringem Bauvolumen sorgt. Ferner ist der Drehzahlbereich der Axialkolbenmaschine erweiterbar.The axial piston machine according to the invention has the advantage that it offers the advantages of a conventional axial piston machine in standard operation, such as a good efficiency, and flexibly and temporarily delivers a required higher torque in special operation, without, for example, an increase in pressure of the hydraulics would be required, or the entire Axial piston machine would have to be designed for a larger pivoting, as required for standard operation. It is particularly advantageous that a torque increase at low speeds of the axial piston machine is possible by the invention. The axial piston machine can thus be designed so that a smaller displacement is possible in standard operation, which ensures a more compact machine with low construction volume. Furthermore, the speed range of the axial piston machine is expandable.
Die zweite Verstelleinrichtung ist beispielsweise über eine übergeordnete Steuerung, insbesondere Motorsteuerung ansteuerbar.The second adjusting device can be controlled, for example, via a higher-level control, in particular a motor control.
Die Axialkolbenmaschine kann ferner so ausgeführt sein, dass die Oberfläche der Schwenkwiege und/oder dass eine Abstützung für die Schwenkwiege durch die zweite Verstelleinrichtung bewegbar ist. Dies führt zu einer Hubvergrößerung bei den oben liegenden Kolben und somit zu einer Erhöhung des Schluckvolumens der Axialkolbenmaschine. Erfindungsgemäß wird somit die Auskraglänge der Kolben erhöht, um das Schluckvolumen zu erhöhen, ohne dass die Führungslänge signifikant erhöht werden muss. Die Auskraglänge kann auf die notwendige Länge für den Sonderbetrieb ausgelegt sein, wobei beispielsweise die Betriebslaufzeit beim Anfahren eines Kraftfahrzeug zur Gesamtbetriebslaufzeit verhältnismäßig gering ist, so dass die Vorrichtung kompakt baut und material- und kostengünstig hergestellt werden kann.The axial piston machine may further be designed so that the surface of the pivoting cradle and / or that a support for the pivoting cradle by the second adjusting device is movable. This leads to a Hubvergrößerung in the overhead piston and thus to an increase in the intake volume of the axial piston engine. According to the invention, the projecting length of the pistons is thus increased in order to increase the volume of swallowing without the guide length having to be significantly increased. The Auskraglänge can be designed to the necessary length for the special operation, for example, the operating time when starting a motor vehicle to the total operating time is relatively low, so that the device is compact and can be manufactured material and cost.
Die Vorteile dieser Ausführung sind, dass die Axialkolbenmaschine kompakt gebaut werden kann.The advantages of this design are that the axial piston machine can be made compact.
Die zweite Verstelleinrichtung kann so ausgeführt sein, dass sie die Abstützung der Schwenkwiege, bzw. die Schwenkwiege über eine Linearführung verschiebt, oder dass sie die Oberfläche der Schwenkwiege über eine zusätzliche Verschwenkung auslenkt, oder das sie für eine zusätzliche Verdrillung der Oberfläche der Schwenkwiege sorgt.The second adjusting device can be designed so that it moves the support of the pivoting cradle, or the pivoting cradle via a linear guide, or that it deflects the surface of the pivoting cradle via an additional pivoting, or that it provides an additional twisting of the surface of the pivoting cradle.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, das die Abstützung in der Kolbentrommel angeordnet ist und die Kolbentrommel oder die Abstützung durch die zweite Verstelleinrichtung axial bewegbar ist. Die Abstützung ist beispielsweise ein Axialkugellager, dass unmittelbar in der Kolbentrommel eingepresst oder ein- bzw. aufgeschrumpft ist. Die Abstützung kann beispielsweise auch mittelbar mit der Kolbentrommel verbunden sein, bevorzugt in einer Halterung, die fest mit der Kolbentrommel verbunden ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die axial verschiebbare Abstützung unmittelbar durch die zweite Verstelleinrichtung bewegbar in der Kolbentrommel angeordnet sein, oder über eine Halterung, die in der Kolbentrommel über die zweite Verstelleinrichtung bewegbar ist.A first embodiment of the invention is characterized in that the support is arranged in the piston drum and the piston drum or the support by the second adjusting device is axially movable. The support is, for example, an axial ball bearing, which is pressed or shrunk into the piston drum directly or shrunk. The support may for example also be indirectly connected to the piston drum, preferably in a holder which is firmly connected to the piston drum. In a further embodiment, the axially displaceable support can be arranged to be movable directly in the piston drum by the second adjusting device, or via a holder which is movable in the piston drum via the second adjusting device.
Die zweite Verstelleinrichtung der Axialkolbenmaschine ist für das erste Ausführungsbeispiel mittelbar am Gehäuse oder in der Kolbentrommel angeordnet.The second adjusting device of the axial piston machine is arranged indirectly for the first embodiment on the housing or in the piston drum.
Die oben genannten Ausführungsformen weisen den Vorteil auf, dass die zweite Verstelleinrichtung pneumatisch, hydraulisch, mechanisch oder elektrisch angesteuert werden kann.The abovementioned embodiments have the advantage that the second adjusting device can be controlled pneumatically, hydraulically, mechanically or electrically.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst eine mehrteilig ausgebildete Schwenkwiege. Hierbei kann die Schwenkwiege ferner einen Schwenkwiegenkörper und eine im Schwenkwiegenkörper angeordnete Schwenkwiegenscheibe mit der Oberfläche aufweisen, wobei die Schwenkwiegenscheibe durch die zweite Verstelleinrichtung bewegbar ist.Another embodiment of the invention comprises a multi-part pivoting cradle. In this case, the pivoting cradle may further comprise a pivoting body and a pivoting cradle arranged in the pivoting body with the surface, wherein the pivoting cradle is movable by the second adjusting device.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass zur Umsetzung des erfindungswesentlichen Gedankens nur die Schwenkwiege in der Axialkolbenmaschine ausgetauscht werden muss und relativ wenig Bauraum benötigt wird. Besonders vorteilhaft ist die Anordnung der zweiten Verstelleinrichtung in der Schwenkwiege, da dies besonders Platz sparend ist.This embodiment has the advantage that only the pivoting cradle in the axial piston machine has to be exchanged to implement the concept essential to the invention and relatively little installation space is required. Particularly advantageous is the arrangement of the second adjustment in the pivoting cradle, as this is particularly space-saving.
Ferner kann die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine in einem Hydraulikhybridanstriebsstrang angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist eine serielle Hydraulikhybridanordnung, wobei ein oder mehrere Axialkolbenmaschinen mittelbar oder unmittelbar hinter einem Verbrennungsmotor angeordnet sind.Furthermore, the axial piston machine according to the invention can be arranged in a hydraulic hybrid drive train. Particularly advantageous is a serial hydraulic hybrid arrangement, wherein one or more axial piston machines are arranged directly or indirectly behind an internal combustion engine.
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine kann jedoch auch in anderen Bereichen der hydraulischen Maschinen zum Einsatz kommen. Beispielsweise für hydrostatische Fahrantriebe oder bei hydrostatischen Drehantrieben allgemein. Hier als Motor, Pumpe oder Getriebe.However, the axial piston machine according to the invention can also be used in other areas of the hydraulic machines. For example, for hydrostatic travel drives or hydrostatic rotary actuators in general. Here as a motor, pump or gearbox.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und der nachfolgenden Zeichnung.Further advantages and advantageous embodiments will become apparent from the description and the following drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Anhand der
In der in
Die Welle
Der Hochdruck H des Fluids wird der Hochdruckseite H des in
Das Drehmoment der Axialkolbenmaschine
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
Die
Die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine
Die Auslenkung der Schwenkwiege
Die Kolbentrommel
Ferner weist die Axialkolbenmaschine
In
Die
Die Axialkolbenmaschine
Die Schwenkwiege
Die Schwenkwiege
Die Kolbentrommel
Die zweite Verstelleinrichtung
In
Eine dritte nicht dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine
Die Axialkolbenmaschine
Die Schwenkwiege
Ferner weist die Axialkolbenmaschine
Die Axialkolbenmaschine
Im Sonderbetrieb wird die Schwenkwiege
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel weist eine Abstützung
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine weist eine geteilte Schwenkwiege
Ein weiteres nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel einer Axialkolbenmaschine weist eine geteilte Schwenkwiege
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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