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Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Flügelzellenmaschine mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine derartige hydrostatische Flügelzellenmaschine ist aus der
DE 10 2007 032 103 A1 bekannt. Die bekannte Flügelzellenmaschine weist auf ein Gehäuse, einen Rotor, der in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagert ist und in dem in Schlitzen Flügel geführt sind, einen Hubring, an dessen Innenfläche die Flügel entlanggleiten und der zur Änderung der Exzentrizität der Innenfläche zur Drehachse des Rotors senkrecht zur Drehachse des Rotors translatorisch verstellbar ist. Geführt ist der Hubring dabei durch mit zwei an ihm befindliche ebene Außenflächen, die an zwei ebenen Innenflächen des Gehäuses anliegen. Die Flügelzellenmaschine weist außerdem eine Schraubenfeder auf, von der der Hubring in Richtung einer Endlage mit maximaler Exzentrizität beaufschlagt ist. Gegen die Kraft der Schraubenfeder ist der Hubring an einer zwischen den beiden ebenen Außenflächen befindlichen Druckfläche mit einem eine Druckkraft erzeugenden Druck beaufschlagbar.
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Die bekannte hydrostatische Flügelzellenmaschine wird gemäß der
DE 10 2007 032 103 A1 als druckgeregelte Ladepumpe für eine Hauptpumpe verwendet. Dementsprechend ist der Hubring von einer Exzentrizität, in der das Fördervolumen maximal ist, bis zu einer Exzentrizität nahe oder gleich null verstellbar. Der Druck, der den Hubring gegen die Kraft der Schraubenfeder beaufschlagt, ist der Druck unmittelbar am Eingang der Hauptpumpe, der üblicherweise auf einen Wert im Bereich von 3 bar bis 5 bar eingestellt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Flügelzellenmaschine, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 aufweist, so auszubilden, dass sie erweiterte Einsatzmöglichkeiten bietet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Flügelzellenmaschine, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 besitzt und bei der gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 der Hubring von einer maximalen, positiven Exzentrizität über null bis zu einer maximalen, negativen Exzentrizität verstellbar ist.
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Eine erfindungsgemäße hydrostatische Flügelzellenmaschine ist bei gleicher Drehrichtung und unter Beibehaltung der Druckseite sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbar. Es ist also durch die Flügelzellenmaschine selbst nicht nur eine Aufrechterhaltung eines Drucks durch Förderung von Druckfluid, sondern auch eine Begrenzung des Drucks durch Abfluss von Druckfluid möglich. Damit ist auch eine Rückgewinnung von Energie möglich, wenn auf der Druckseite systemseitig Fluidmengen hinzugefügt werden, die im Betrieb als Pumpe auch bei minimalem positivem Hubvolumen zu einer unerwünschten Druckerhöhung auf der Druckseite oder zu einem Abfließen von Druckfluid über ein Druckbegrenzungsventil führen würden. Die Art der Verstellung ist sehr einfach und robust und damit auch kostengünstig. Regelventile sind nicht notwendig. Die direkte Verstellung bringt eine hohe Regeldynamik mit sich. Insgesamt baut eine erfindungsgemäße sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbare Flügelzellenmaschine sehr kompakt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Flügelzellenmaschine kann man den Unteransprüchen entnehmen.
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Es ist denkbar, dass der Hubring außen rund ist. Ebenso ist es denkbar, dass der Hubring zur Änderung der Exzentrizität eine rollende oder eine rotierende Bewegung ausführt.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Hubring zur Änderung der Exzentrizität der Innenfläche zur Drehachse des Rotors, mit zwei ebenen Außenflächen an zwei ebenen Innenflächen des Gehäuses geführt, senkrecht zur Drehachse des Rotors translatorisch verschiebbar an einer zwischen den beiden ebenen Außenflächen befindlichen Druckfläche mit einem eine gegen die Kraft der Federanordnung gerichtete Druckkraft erzeugenden Druck beaufschlagbar.
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Bevorzugt ist der Hubring an einem gesamten zwischen den beiden ebenen Außenflächen liegenden Außenflächenbereich von dem Druck beaufschlagbar.
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Es ist vorteilhaft, wenn der Kontakt zwischen zumindest einer ebenen Außenfläche am Hubring und einer ebenen Innenfläche am Gehäuse hydrostatisch entlastet ist. Durch eine derartige Entlastung wird die Regelhysterese verringert.
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Ebenfalls bevorzugt ist der den Hubring beaufschlagende Druck ein druckanschlussseitig auftretender Hochdruck. Dies kann der Druck unmittelbar am Hochdruckanschluss oder auch ein Druck sein, der aufgrund von dem Hochdruckanschluss nachgeordneten (Pumpenbetrieb) hydraulischen Widerständen niedriger oder aufgrund von dem Hochdruckanschluss vorgelagerten (Motorbetreib) höher als der Druck unmittelbar am Hochdruckanschluss ist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Flügelzellenmaschine ist in der einzigen Figur der Zeichnung in Form einer Draufsicht auf den Rotor und den Hubring dargestellt. Anhand der Figur wird die Erfindung nun näher erläutert.
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Die gezeigte hydrostatische Flügelzellenmaschine ist sowohl als Pumpe als auch als Motor betreibbar und besitzt ein Gehäuse 10 mit einem Hohlraum 11, in dem eine Triebwelle 12 mit einer Drehachse 13 drehbar gelagert aufgenommen ist. Drehfest mit der Triebwelle 12 ist ein Rotor 15 verbunden, der über seinen Umfang gleichmäßig verteilt sieben radial und axial offene Schlitze 16 aufweist, die jeweils mit einem Flügel 17 bestückt sind. Die Flügel 17 sind dabei in den Schlitzen gleitend aufgenommen und werden im Betrieb, wenn sich der Rotor 15 dreht durch Fliehkräfte nach außen gedrückt. Es ist auch eine mechanische Zwangsführung der Flügel durch einen oder mehrere Innenringe denkbar
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Der Rotor 15 ist radial außen von einem senkrecht zur Drehachse 12 translatorisch verschiebbaren Hubring 20 umgeben, der eine kreiszylindrische Innenseite 21 aufweist. Der Innendurchmesser des Hubrings 20 ist größer als der Außendurchmesser des Rotors 15, so dass zwischen dem Hubring und dem Rotor ein Zwischenraum 22 vorhanden ist. Dieser Zwischenraum ist ringförmig, wenn die Achse des Hubrings mit der Drehachse 12 zusammenfällt, wie dies aus der Zeichnung ersichtlich ist. Besteht nach einer Verschiebung des Hubrings 20 ein Abstand zwischen der Drehachse 12 und der Mittelachse des Hubrings, so hat der Zwischenraum 22 eine sichelförmige Form. Die Flügel 17 sind an der Innenseite 21 des Hubrings 20 abgestützt. Auf diese Weise ist der Zwischenraum 22 durch die Flügel 17 in Zellen unterteilt, woher der Name Flügelzellenmaschine rührt.
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Zumindest für den Betrieb der Flügelzellenmaschine als Motor ist es günstig, wenn die Flügel außer durch die Fliehkraft auch durch Federn nach außen gedrückt werden. Dadurch ist ein Anlaufen des Motorbetriebs sicher gewährleistet. Ist eine mechanische Zwangsführung der Flügel durch einen oder mehrere Innenringe vorhanden, kann unter Umständen auf Federn verzichtet werden.
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In den Zwischenraum 22 münden mit einer nierenförmigen Öffnung 23 ein im Gehäuse 10 ausgebildeter Hochdruckkanal und mit einer nierenförmigen Öffnung 24 ein im Gehäuse 10 ausgebildeter Niederdruckkanal, wobei hier eine bestimmte Drehrichtung angenommen ist. Bei entgegengesetzter Drehrichtung sind Hochdruckkanal und Niederdruckkanal vertauscht. Die Öffnung 23 liegt der Öffnung 24 bezüglich einer Ebene, die durch die Verstellrichtung des Hubrings 20 und die Drehachse 13 der Triebwelle 11 und des Rotors 15 definiert ist, wenigstens annähernd einander gegenüber.
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Der Hubring 20 weist eine Außenseite 25 auf, die zwei diametral gegenüberliegend angeordnete, ebene Außenflächen 26 und 27 besitzt, die parallel zueinander liegen. Mit den Außenflächen 26 und 27 liegt der Hubring 20 zwei ebenen Wandabschnitten des Hohlraums 11 des Gehäuses 10 gegenüber. Auch and den axialen Stirnseiten ist der Hubring im Gehäuse 10 geführt. In eine Richtung senkrecht zu der Drehachse 11 und parallel zu den Außenflächen 26 und 27 sind die Abmessungen des Hohlraums 11 größer als die Außenabmessungen des Hubrings 20, so dass der Hubring 20 in der angegebenen Richtung gegenüber dem Rotor 15 verschiebbar ist. Zwischen den beiden Außenflächen 26 und 27 weist die Außenseite des Hubrings 20 jeweils eine kreiszylindrisch gekrümmte Fläche 28 beziehungsweise 29 auf. Somit bestehen außerhalb des Hubrings 20 zwischen diesem und dem Gehäuse 10 zwei Teilvolumina 30 und 31 des Hohlraums 11, die gegeneinander weitgehend abgedichtet sind.
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Zur Verschiebung in die eine Richtung ist der Hubring 20 von einer aus zwei Schraubendruckfedern 35 und 36 bestehenden Federanordnung beaufschlagt. Die beiden Schraubendruckfedern 35 und 36 sind ineinander angeordnet und befinden sich im Wesentlichen in einer Bohrung 37 des Gehäuses 10, die eine die Drehachse 13 schneidende Achse besitzt, die in Verstellrichtung des Hubrings 20 verläuft. Die Bohrung 37 ist durch eine Verschlussschraube 38 verschlossen, an der sich die beiden Schraubendruckfedern 35 und 36 mit ihrem einen Ende abstützen. Mit ihrem anderen Ende beaufschlagen die beiden Schraubendruckfedern den Hubring 20 an einer einen mittleren Führungszapfen 39, der in die innere der beiden Schraubendruckfedern hineinragt, umgebende Abflachung 40 an der einen kreiszylindrischen Außenfläche 28. Durch Bildung der Abflachung hat sich der Führungszapfen ergeben. Anstelle von zwei Schraubenfedern könnte bei anderen Druck- oder Platzverhältnissen auch nur eine Schraubenfeder verwendet werden.
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Das Teilvolumen 30 an der Außenfläche 28 des Hubrings 20 ist mit dem Niederdruckkanal des Gehäuses verbunden. In diesem Teilvolumen herrscht also üblicherweise Tankdruck oder ein niedriger über dem Tankdruck liegender Gehäusedruck.
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Das Teilvolumen 31 an der Außenflächen 29 des Hubrings 20 kann mit dem Hochdruckkanal der Flügelzellenmaschine verbunden sein. In diesem Teilvolumen 31 steht dann der Hochdruck vom Hochdruckkanal an. In das Teilvolumen 31 mündet ein Gehäusekanal 45, über den das Teilvolumen 31 auch mit Punkten eines hydraulischen Systems verbunden werden kann, an denen ein anderer Druck als im Hochdruckkanal ansteht. Durch den in dem Teilvolumen 31 herrschenden Druck wird an der Außenfläche 29 des Hubrings 20 eine gegen die Federkraft der Federanordnung 35, 36 gerichtete Druckkraft erzeugt.
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Wenn die gezeigt hydrostatische Flügelzellenmaschine außer Betrieb ist und sich der Hochdruck abgebaut hat, wird der Hubring von den beiden Schraubendruckfedern in eine Endlage verschoben, in der das Teilvolumen 31 minimal ist und die Exzentrizität des Hubrings 20 gegenüber dem Rotor 15 in die eine vorliegend als positiv angesehene Richtung maximal ist. Wird nun der Rotor 15 über die Triebwelle 12 in der Draufsicht nach der Zeichnung entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben, so saugt die Flügelzellenmaschine als Pumpe über den Niederdruckkanal Druckmittel an und verdrängt es in den Hochdruckkanal. Dadurch wird im Hochdruckbereich und damit auch im Teilvolumen 31 ein Druck aufgebaut, der an dem Hubring eine Druckkraft erzeugt. Wenn diese Druckkraft größer als die Federkraft wird, wird der Hubring 20 solange nach, gemäß der Zeichnung betrachtet, links verschoben, bis die Maschine gerade so viel Druckmittelmenge fördert, dass der in das Teilvolumen 31 rückgeführte Druck nicht mehr weiter ansteigt. Letztendlich wird der Hubring soweit verschoben, dass die Exzentrizität zwischen Hubring 20 und Rotor 15 null wird. Diese Situation ist in der Zeichnung dargestellt und wird als Nullhub bezeichnet. Es findet nun keine Druckmittelförderung mehr statt. Wird trotz Nullförderung der Druck im Teilvolumen 31 größer, weil auf die Druckseite systemseitig weitere Druckmittelmenge zugefügt wird, wird der Hubring 20 weiter zu negativen Exzentrizitäten verschoben. Die Flügelzellenmaschine arbeitet nun unter Beibehaltung der Drehrichtung und unter Beibehaltung von Hochdruckseite und Niederdruckseite als Motor, wodurch mechanische Leistung an der Triebwelle 12 rekuperiert wird.
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Man kann die Flügelzellenmaschine so ausbilden, dass die maximale positive Exzentrizität gleich der maximalen negativen Exzentrizität ist. Bei einer Verstellung in Richtung maximaler negativer Exzentrizität steigt der zu regelnde Druck entsprechende der Kennlinie der Federanordnung 35, 36 an. Durch eine geringe Federsteifigkeit kann dieser Anstieg gering gehalten werden.
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Die nierenförmige Öffnung 23 im Gehäuse und damit die zu dieser hin offenen Flügelzellen sind mit Hochdruck beaufschlagt. Dieser Hochdruck wirkt im Bereich der Öffnung 23 auch auf die Innenseite des Hubrings 20 und drückt dessen Fläche 26 mit großer Kraft in Richtung zur angrenzenden Gehäusefläche. Um die Regelhysterese gering zu halten, ist es vorteilhaft, wenn zumindest der Kontakt zwischen der ebenen Fläche 26 des Hubrings und der Gegenfläche am Gehäuse hydrostatisch entlastet ist.
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Es wird deutlich, dass die Erfindung den Aufbau einer im Pumpenbetrieb und im Motorbetrieb betreibbaren Flügelzellenmaschine mit einer sehr einfachen direkten Druckregelung ermöglicht.
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Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass eine direkt verstellbare Flügelzellenmaschine, wie sie in den Patentansprüchen abgesehen von der Verstellbarkeit von einer positiven bis zu einer negativen Exzentrizität definiert ist und die nur als Motor betreibbar ist, also nicht von einer maximalen positiven Exzentrizität bis zu einer maximalen negativen Exzentrizität, sondern nur von einer maximalen Exzentrizität bis zu einer Exzentrizität nahe null verstellbar ist, ebenfalls als erfinderisch angesehen wird und sich die Anmelderin vorbehält, ein entsprechendes Patentbegehren zu formulieren.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 11
- Hohlraum in 10
- 12
- Triebwelle
- 13
- Drehachse
- 15
- Rotor
- 16
- Schlitze
- 17
- Flügel
- 20
- Hubring
- 21
- Innenmantelfläche von 20
- 22
- Zwischenraum
- 23
- nierenförmigen Öffnung
- 24
- nierenförmigen Öffnung
- 25
- Außenseite von 20
- 26
- ebene Außenflächen an 25
- 27
- ebene Außenfläche an 25
- 28
- kreiszylindrische Außenfläche an 25
- 29
- kreiszylindrische Außenfläche an 25
- 30
- Teilvolumen von 11
- 31
- Teilvolumen von 11
- 35
- Schraubendruckfeder
- 36
- Schraubendruckfeder
- 37
- Bohrung
- 38
- Verschlussschraube
- 39
- Führungszapfen
- 40
- Abflachung
- 45
- Gehäusekanal
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007032103 A1 [0002, 0003]
