DE102016214425A1

DE102016214425A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102016214425A1
Application number: DE102016214425.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Haug; Manuel Sell
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-08-26
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2017-03-02
Also published as: DE102016214422A1; US20170058877A1; CN106481526B; CN106481526A

Abstract

Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, wobei zwischen einem Gleitlager und einer Schwenkwiege ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2012 022 999 A1 gezeigt. Sie ist in Schrägscheibenbauweise mit verstellbarem Verdrängungsvolumen ausgestaltet und hat eine drehfest mit einer Triebwelle verbundene Zylindertrommel, in der eine Vielzahl Zylinderbohrungen etwa parallel zur Drehachse der Triebwelle ausgebildet ist. In den Zylinderbohrungen ist jeweils ein Arbeitskolben axial verschieblich aufgenommen. Die Arbeitskolben sind dabei an einer Gleitfläche einer Schwenkwiege abgestützt, die zur Verstellung des Verdrängungsvolumens an einem gehäusefesten Gleitlager verschwenkbar gelagert ist.
Zur Verbesserung des Gleitens der Schwenkwiege am Gleitlager und zur Entlastung der Reibflächen sind hydrostatische Entlastungsdruckfelder vorgesehen, die in dafür vorgesehenen Entlastungsdrucktaschen schwenkwiegenseitig oder gleitlagerseitig ausbildbar sind. Einige der Entlastungsdrucktaschen sind dabei über einen Druckmittelkanal mit der Hochdruckseite, bzw. dem Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine in Druckmittelverbindung, wohingegen andere Entlastungsdrucktaschen über einen die Schwenkwiege durchsetzenden Druckmittelkanal mit einem Druckraum eines Stellzylinders des Verstellsystems der Axialkolbenmaschine in Druckmittelverbindung sind.
Auch die Druckschrift DE 32 32 363 C2 zeigt eine gattungsgemäße Axialkolbenmaschine, bei der die genannten Entlastungsdrucktaschen über den Druckraum eines Stellkolbens mit Druckmittel versorgt sind.
Nachteilig an diesen Lösungen ist, dass ein Leckagestrom über die Entlastungsdruckfelder und der damit einhergehende Druckmittel- und Energieverlust den Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine senken.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Axialkolbenmaschine mit demgegenüber erhöhtem Wirkungsgrad zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Axialkolbenmaschine sind in den Patentansprüchen 2 bis 14 beschrieben.
Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine ist in Schrägscheibenbauweise ausgestaltet und hat ein verstellbares Verdrängungsvolumen. Sie weist eine, insbesondere drehfest mit einer Triebwelle verbundene, Zylindertrommel auf, in der eine Vielzahl Arbeitskolben axial verschieblich aufgenommen sind. Letztgenannte sind insbesondere in Zylinderbohrungen, die etwa parallel zur Drehachse der Triebwelle ausgebildet sind, aufgenommen. Die Arbeitskolben sind mittelbar oder unmittelbar an einer Gleitfläche einer Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine abgestützt, die zur Verstellung des Verdrängungsvolumens an einem gehäusefesten Gleitlager, insbesondere an zwei symmetrisch angeordneten Gleitlagern, insbesondere Lagerschalen, verschwenkbar gelagert ist. Dabei ist eine Steuereinrichtung, insbesondere eine elektronisch-hydraulisch ausgestaltete, vorgesehen, über die zwischen dem Gleitlager und der Schwenkwiege wenigstens ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar ist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie ein Druck des wenigstens einen hydrostatischen Entlastungsdruckfeldes innerhalb eines Wirkzeitraumes einer Verschwenkung höher ausgebildet ist als außerhalb des Wirkzeitraums.
Auf diese Weise findet die während einer Verstellung gewünschte hydrostatische Entlastung des Gleitlagers und der Schwenkwiege nur im Wirkzeitraum der Verschwenkung statt. Der Vorteil ist dabei, dass dadurch ein Leckagestrom über das oder die Entlastungsdruckfelder nicht permanent, sondern nur während dem Verschwenken ausgebildet ist. Ruht die Schwenkwiege, erfolgt nur eine stark verminderte, gegebenenfalls auch keine Entlastung. Außerhalb des Wirkzeitraums ist die Leckage somit stark reduziert oder sogar null. So ist eine Axialkolbenmaschine mit guten Verstelleigenschaften, wie höherer Verstelldynamik und geringerer Verstellkraft, sowie einem erhöhten Wirkungsgrad aufgrund geringerer Leckageverluste geschaffen. Die hydrostatische Entlastung ist daher bedarfsgerechter, zum Beispiel an Betriebsphasen oder Betriebspunkten orientiert, bereitgestellt. Der geringere Leckageverlust über das oder die Entlastungsdruckfelder senkt zudem die Betriebskosten der Axialkolbenmaschine. Prinzipiell führt die hydrostatische Entlastung zu einer präziseren Verstellung des Verdrängungsvolumens, da insbesondere zu Beginn eines Verstellvorgangs weniger Haftreibung überwunden werden muss. Zudem erweist sich die Steuerung oder Regelung der Verstellung als stabiler.
Zumindest erstreckt sich der Wirkzeitraum über einen überwiegenden Abschnitt des Zeitraums der Verschwenkbewegung. Der Wirkzeitraum kann sich alternativ dazu auch über den ganzen Zeitraums der Verschwenkbewegung erstrecken. In diesen Ausgestaltungen erfolgt die Erhöhung des Drucks also ausschließlich beim Bewegen der Schwenkwiege.
Der Wirkzeitraum kann über die Steuereinrichtung alternativ gegen den Zeitraum der tatsächlichen Verschwenkung verschoben sein oder den Zeitraum der Verschwenkbewegung mehr als überdecken. Hier erfolgt die Entlastung also auch außerhalb des Zeitraums der Verschwenkbewegung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist über die Steuereinrichtung der Druck des ersten Entlastungsdruckfeldes in Abhängigkeit einer erwarteten Verschwenkung erhöhbar. Insbesondere kann in diesem Fall die Erhöhung des Drucks bereits vor dem Zeitraum der tatsächlichen Verschwenkung erfolgen. So ist ein Losbrechmoment der Schwenkwiege verringert und eine Dynamik der Verstellung der Schwenkwiege noch mehr verbessert.
In einer Weiterbildung umfasst die Steuereinrichtung eine insbesondere elektronische Steuereinheit, über die die erwartete Verschwenkung, insbesondere in Abhängigkeit wenigstens eines erfassten oder ermittelten Betriebsparameters der Axialkolbenmaschine, ermittelbar ist.
Unter Verschwenkung wird in dieser Druckschrift eine Ausschwenkbewegung in einer ersten Verschwenkrichtung und / oder eine Rückschwenkbewegung in eine entgegengesetzte, zweite Verschwenkrichtung verstanden.
In einer Weiterbildung hat die Axialkolbenmaschine eine Druckmittelquelle, über die das wenigstens eine oder die Entlastungsdruckfelder beim Ausschwenken mit Druckmittel versorgbar ist oder sind, und sie hat noch eine andere Druckmittelquelle über die das wenigstens eine oder die Entlastungsdruckfelder beim Rückschwenken mit Druckmittel versorgbar ist oder sind.
In einer weitergebildeten Ausführung hat die Axialkolbenmaschine zwei Entlastungsdruckfelder, von denen eins beim Ausschwenken über die eine Druckmittelquelle und das andere beim Rückschwenken über die andere Druckmittelquelle mit Druckmittel versorgbar ist.
Um auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die beiden Druckmittelquellen voneinander separiert zu halten, ist in einer Weiterbildung beiden Entlastungsdruckfeldern jeweils eine Entlastungsdrucktasche oder jeweils eine Menge von Entlastungsdrucktaschen zugeordnet. Die Entlastungsdrucktaschen – oder die beiden Mengen – sind dabei derart ausgestaltet, dass die Entlastungsdruckfelder, und damit die Druckmittelquellen, im Wesentlichen fluidisch voneinander getrennt sind.
Alternativ dazu ist beiden Entlastungsdruckfeldern eine gemeinsame Entlastungsdrucktasche oder eine gemeinsame Menge von Entlastungdrucktaschen zugeordnet. Hier muss die Separierung der Druckmittelquellen auf andere Art erfolgen.
Zu diesem Zweck weist die Axialkolbenmaschine in einer Weiterbildung wenigstens ein Ventil auf, über das die Druckmittelquellen fluidisch voneinander trennbar sind.
Dazu ist in einer Weiterbildung in einem Druckmittelströmungspfad von der einen Druckmittelquelle zur gemeinsamen Entlastungsdrucktasche ein, insbesondere schaltbares, insbesondere 2/2-Wegeventil, und in einem anderen Druckmittelströmungspfad von der anderen Druckmittelquelle zur gemeinsamen Entlastungsdrucktasche ein anderes, vorzugsweise baugleiches, Ventil angeordnet ist.
Zur Steuerung der Druckmittelversorgung fluidisch getrennter Entlastungsdrucktaschen weist die Axialkolbenmaschine in einer Weiterbildung in einem Druckmittelströmungspfad von der einen Druckmittelquelle hin zur einen Entlastungsdrucktasche ein Ventil, insbesondere ein Rückschlagventil, und in einem anderen Druckmittelströmungspfad von der anderen Druckmittelquelle hin zur anderen Entlastungsdrucktasche ein anderes Ventil, insbesondere Rückschlagventil, auf. Insbesondere hat das Ventil dabei einen Ventilkörper, der in Abhängigkeit der Drücke der Druckmittelquellen betätigbar, insbesondere betätigt ist. Diese Weiterbildung kompensiert somit etwa den höheren Aufwand getrennter Entlastungsdrucktaschen mit dem etwas geringeren Aufwand einfacher gestalteter Ventile.
Baulich kompakt erweist es sich, wenn das oder die Ventile innerhalb der Schwenkwiege ausgebildet oder angeordnet sind.
Als Verstelleinrichtung, insbesondere im Falle einer durchschwenkbar ausgestalteten Schwenkwiege, erweist sich eine hydraulische Lösung als vorteilhaft, bei der die Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine zum Ausschwenken von einem Stellzylinder und zum Rückschwenken von einem dem Stellzylinder entgegenwirkenden Rückstellzylinder angelenkt ist.
Es werden Druckmittel und Betriebskosten eingespart, wenn in einer Weiterbildung das wenigstens eine Entlastungsdruckfeld oder die Entlastungsdruckfelder im Wirkzeitraum vom jeweils einfahrenden der beiden Zylinder – beim Ausschwenken ist dies der Rückstellzylinder, beim Rückschwenken der Stellzylinder – mit Druckmittel beaufschlagt ist oder sind. Damit ist beim Ausschwenken die eine der Druckmittelquellen im Prinzip vom Rückstelldruckraum des Rückstellzylinders und beim Rückschwenken die andere der Druckmittelquellen im Prinzip vom Stelldruckraum des Stellzylinders gebildet.
In einer Weiterbildung weist die Axialkolbenmaschine zur Druckmittelversorgung der Verstelleinrichtung jeweils ein Ventil pro Stell- und Rückstellzylinder auf. Über das jeweilige Ventil sind dann der Stelldruckraum des Stellzylinders und der Rückstelldruckraum des Rückstellzylinders jeweils zumindest mit einer Stelldruckmittelquelle fluidisch verbindbar und beim Einfahren gegen diese absperrbar.
In einer möglichen Ausgestaltung ist die hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgestaltet und hat ein verstellbares Verdrängungsvolumen. Sie weist eine, insbesondere drehfest mit einer Triebwelle verbindende, Zylindertrommel auf, in der eine Vielzahl Arbeitskolben axial verschieblich aufgenommen sind. Letztgenannte sind insbesondere in Zylinderbohrungen, die etwa parallel zur Drehachse der Triebwelle ausgebildet sind, aufgenommen. Die Arbeitskolben sind mittelbar oder unmittelbar an einer Gleitfläche einer Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine abgestützt, die zur Verstellung des Verdrängungsvolumens an einem gehäusefesten Gleitlager, insbesondere an zwei symmetrisch angeordneten Gleitlagern, insbesondere Lagerschalen, verschwenkbar gelagert ist. Dabei ist zwischen dem Gleitlager und der Schwenkwiege wenigstens ein erstes hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar oder ausgebildet. Zudem ist in einem ersten Druckmittelströmungspfad von einer ersten Druckmittelquelle der Axialkolbenmaschine hin zum ersten hydrostatischen Entlastungsdruckfeld ein verstellbarer erster Durchflussquerschnitt vorgesehen.
Mit Hilfe des ersten verstellbaren Durchflussquerschnitts ist somit die Axialkolbenmaschine dafür vorbereitet, die hydrostatische Entlastung bedarfsgerecht, zum Beispiel an Betriebsphasen oder Betriebspunkten orientiert, bereit zu stellen. Dadurch kann ein Leckageverlust aus dem Entlastungsdruckfeld heraus minimiert werden, was prinzipiell die Betriebskosten der Axialkolbenmaschine senkt und den volumetrischen Wirkungsgrad der Axialkolbenmaschine steigern kann. Prinzipiell führt die hydrostatische Entlastung zu einer präziseren Verstellung des Verdrängungsvolumens, da insbesondere zu Beginn eines Verstellvorgangs weniger Haftreibung überwunden werden muss. Zudem kann die Schwenkdynamik der Verstellung optimiert werden und die Steuerung oder Regelung der Verstellung erweist sich stabiler.
In einer Weiterbildung der Axialkolbenmaschine ist zwischen dem Gleitlager und der Schwenkwiege, insbesondere zur und während der Verstellung und/oder Rückstellung des Verdrängungsvolumens, ein zweites hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar. Dabei ist in einem zweiten Druckmittelströmungspfad von einer zweiten Druckmittelquelle hin zum zweiten hydrostatischen Entlastungsdruckfeld ein verstellbarer zweiter Durchflussquerschnitt vorgesehen. Über die Bereitstellung zweier somit unabhängig voneinander mit Druckmittel versorgbarer Entlastungsdruckfelder ist die Flexibilität der hydrostatischen Entlastung der Schwenkwiege erhöht.
In einer Weiterbildung hat die Axialkolbenmaschine eine Verstelleinrichtung, die zur Verstellung des Verdrängungsvolumens einen hydraulischen Stellzylinder hat. Dabei ist die erste Druckmittelquelle über einen Stelldruckraum des Stellzylinders ausbildbar, insbesondere ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist der erste verstellbare Durchflussquerschnitt im Stellkolben ausgebildet.
In einer Weiterbildung der Axialkolbenmaschine weist die Verstelleinrichtung zur Rückstellung des Verdrängungsvolumens einen hydraulischen Rückstellzylinder auf, wobei die zweite Druckmittelquelle über einen Rückstelldruckraum des Rückstellzylinders ausbildbar, insbesondere ausgebildet ist.
In einer Weiterbildung ist der zweite verstellbare Durchflussquerschnitt im Rückstellkolben ausgebildet.
In einer Weiterbildung ist das erste Entlastungsdruckfeld über ein Einfahren des Stellkolbens in den Stellzylinder, über eine Verkleinerung des Stelldruckraums, mit Druckmittel beaufschlagbar. Auf diese Weise kann ansonsten zum Niederdruck entspanntes Druckmittel zur Verwendung im ersten hydrostatischen Entlastungsdruckfeld genutzt werden, wodurch Druckmittelenergie eingespart wird.
In einer Weiterbildung ist das zweite Entlastungsdruckfeld über ein Einfahren des Rückstellkolbens in den Rückstellzylinder, über eine Verkleinerung des Rückstelldruckraums, mit Druckmittel beaufschlagbar.
In einer alternativen Weiterbildung ist die erste Druckmittelquelle eine Teilmenge von in der Zylindertrommel über die Arbeitskolben begrenzten Arbeitsdruckräumen. Insbesondere ist die Teilmenge von denjenigen Arbeitsräumen gebildet, die mit einem gehäusefesten Hochdruckraum oder Hochdruckanschluss der Axialkolbenmaschine in Druckmittelverbindung sind.
In einer Weiterbildung ist der Durchflussquerschnitt über zwei bei der Änderung des Verdrängungsvolumens in Abhängigkeit des Schwenkwinkels relativ zueinander bewegte Teile oder Komponenten der Axialkolbenmaschine verstellbar. Somit ist zur Verstellung des Durchflussquerschnitts keine gesonderte Vorrichtung vorgesehen, sondern es wird auf ohnehin vorgesehene, bei der Verstellung oder Rückstellung bewegte Teile der Axialkolbenmaschine zurückgegriffen. Auf diese Weise ist ein steuerungs- und vorrichtungstechnischer Aufwand verringert.
In einer Weiterbildung ist eine Verstellung des Durchflussquerschnitts an eine Änderung, also eine Verstellung und/oder Rückstellung, des Verdrängungsvolumens, insbesondere eines Schwenkwinkels der Schwenkwiege, gekoppelt. Dabei kann die Kopplung derart sein, dass mit zunehmenden Verdrängungsvolumen oder Schwenkwinkel der Durchflussquerschnitt ebenso zunimmt. Alternativ ist auch eine inverse Kopplung denkbar.
In einer Weiterbildung ist vom Druckmittelströmungspfad der diesem zugeordnete Kolben (Arbeitskolben oder Stellkolben oder Rückstellkolben), ein Gleitschuh dieses Kolbens und die Schwenkwiege, ausgehend vom jeweiligen Druckraum (Arbeitsdruckraum oder Stelldruckraum oder Rückstelldruckraum) hin zum jeweiligen Entlastungsdruckfeld durchsetzt. Auf diese Weise sind Druckmittelströmungspfade kurz und müssen nicht über beispielsweise die Gehäusewandung geführt werden. Aufgrund der Kürze der Druckmittelströmungspfade ist dann ein geringer Druckverlust möglich.
Wie bereits erwähnt kann der verstellbare Durchflussquerschnitt von Teilen der Axialkolbenmaschine gebildet werden. So ist in einer Weiterbildung beispielsweise der Durchflussquerschnitt von der Schwenkwiege und dem Gleitlager begrenzt. Bei Verstellung des Verdrängungsvolumens wird die Schwenkwiege gegen das Gleitlager verschwenkt, wodurch sich der entsprechende Durchflussquerschnitt verändert.
Alternativ oder ergänzend kann der verstellbare Durchflussquerschnitt beispielsweise von der Teilepaarung Schwenkwiege/Arbeitskolben oder Schwenkwiege/Gleitschuh oder Arbeitskolben/Gleitschuh begrenzt sein. Die Teile aller genannten Paarungen erfahren während der Stellung oder Rückstellung eine Relativbewegung zueinander, die zur Verstellung des jeweiligen Durchflussquerschnitts ausgenutzt werden kann.
In einer Weiterbildung ist der verstellbare Durchflussquerschnitt über eine verstellbare, insbesondere separat steuerbare, Drosseleinrichtung ausgebildet. In dieser Weiterbildung wird somit eine Möglichkeit zur Verstellung des Durchflussquerschnitts bereitgestellt, die unabhängig von den bei der Verstellung oder Rückstellung bewegten genannten Teilen der Axialkolbenmaschine steuerbar ist. Auf diese Weise wird die Druckmittelbeaufschlagung des oder der Entlastungsdruckfelder noch flexibler.
Natürlich sind auch Mischformen möglich, beispielsweise wenn der erste verstellbare Druckflussquerschnitt von einer der genannten Teilepaarung und der zweite verstellbare Durchflussquerschnitt über die verstellbare Drosseleinrichtung gebildet sind, oder umgekehrt.
In einer Weiterbildung ist die verstellbare Drosseleinrichtung über ein separat steuerbares Ventil oder eine steuerbare Blende ausgebildet.
Um das oder die Entlastungsdruckfelder besonders schnell aufbauen zu können, und um auf diese Weise insbesondere eine Haftreibung zwischen der Schwenkwiege und dem Gleitlager und ein daraus resultierendes Losbrechmoment klein zu halten, ist das Ventil in einer Weiterbildung als Schnellschaltventil (elektromagnetisch oder piezobetätigt) ausgebildet. Dessen Schaltzeit ist dabei insbesondere kleiner oder bedeutend kleiner als eine Schaltzeit eines Ventils der Axialkolbenmaschine, über das die Verstelleinrichtung, insbesondere der Stellzylinder und/oder der Rückstellzylinder, mit Druckmittel versorgbar sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Aufbau des oder der Entlastungsdruckfelder bedeutend schneller als die Ansteuerung der Schwenkwiege zur Verstellung oder Rückstellung des Verdrängungsvolumens erfolgt.
In einer Weiterbildung ist das jeweilige Entlastungsdruckfeld von wenigstens einer gleitlagerseitigen Entlastungsdrucktasche begrenzt, die in einer Lagerfläche des Gleitlagers ausgebildet ist. Alternativ oder ergänzend ist das jeweilige Entlastungsdruckfeld von wenigstens einer schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktasche begrenzt, die in einer dem Gleitlager zugewandten Lagerfläche der Schwenkwiege ausgebildet ist. Die jeweilige Entlastungsdrucktasche kann beispielsweise über eine flache, wannenartigen Ausnehmung oder eine flache, geschlossene Nut ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung ist die gleitlagerseitige Entlastungsdrucktasche von der schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktasche zumindest abschnittsweise überlappt. Auf diese Weise ändert sich eine Größe des von diesen Entlastungsdrucktaschen gebildeten Entlastungsdruckfeldes bei Verschwenkung der Schwenkwiege. So kann eine Entlastungskraft des Entlastungsdruckfeldes in Abhängigkeit des Schwenkwinkels vergrößert und / oder verkleinert werden.
In einer Weiterbildung der Axialkolbenmaschine hat die Schwenkwiege eine Neutralstellung, in der das Verdrängungsvolumen Null ist. In der Neutralstellung ist die gleitlagerseitige Entlastungsdrucktasche von der schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktasche zumindest abschnittsweise überlappt. Dabei ist die Überlappung vorzugsweise derart ausgestaltet, dass mit zunehmenden Schwenkwinkel und Verdrängungsvolumen das Entlastungsdruckfeld in seiner Größe zunimmt. Mit zunehmenden Verdrängungsvolumen nimmt dann auch die Entlastungskraft zu.
In einer Weiterbildung erstreckt sich die Lagerfläche der Schwenkwiege im Wesentlichen symmetrisch zu einer Neutralebene der Schwenkwiege. Zur genannten Neutralebene erstreckt sich hingegen die schwenkwiegenseitige Entlastungsdrucktasche asymmetrisch. Über diese Asymmetrie kann das daraus resultierende Entlastungsdruckfeld für einen bevorzugten Schwenkwinkelbereich der Axialkolbenmaschine vorbereitet sein.
In einer Weiterbildung weist die Schwenkwiege eine Vielzahl von in Schwenkrichtung zueinander beabstandet angeordneter, schwenkwiegenseitiger Entlastungsdrucktaschen auf. Alternativ oder ergänzend weist das Gleitlager eine Vielzahl von in Schwenkrichtung zueinander beabstandet angeordneter, gleitlagerseitiger Entlastungsdrucktaschen auf. Über diese mehreren Entlastungsdrucktaschen kann das aus ihnen resultierende Entlastungsdruckfeld über einen großen Winkelbereich ausgedehnt werden.
In einer Weiterbildung sind die Entlastungsdrucktaschen über je einen verstellbaren Durchflussquerschnitt, insbesondere über je eine verstellbare Drosseleinrichtung, oder über einen gemeinsamen verstellbaren Durchflussquerschnitt, insbesondere über eine gemeinsame Drosseleinrichtung, mit Druckmittel versorgbar. Im ersten Fall kann das Entlastungsdruckfeld je nach Bedarf flexibel an den Schwenkwinkel und den Belastungsfall angepasst aufgebaut werden. So können beispielsweise einzelne oder mehrere der Entlastungsdrucktaschen zu- oder weggesteuert werden. Der zweite Fall stellt eine vorrichtungstechnisch einfachere, etwas weniger flexible Lösung dar.
In einer Weiterbildung weist die Axialkolbenmaschine eine Steuereinrichtung auf, über die wenigstens die Verstellung oder die Verstellung und die Rückstellung der Schwenkwiege steuerbar sind.
In einer Weiterbildung ist über die Steuereinrichtung zudem die wenigstens eine Drosseleinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit des Schwenkwinkels, steuerbar.
In einer Weiterbildung der Axialkolbenmaschine ist die Steuereinrichtung derart ausgestaltet, dass über sie aus einem Betriebsverlauf, insbesondere aus einem Verlauf eines oder mehrerer Betriebsparameter der Axialkolbenmaschine, eine notwendige Änderung des Verdrängungsvolumens antizipierbar ist. In einer Weiterbildung ist über die Steuereinrichtung dann daran angepasst wenigstens ein Durchflussquerschnitt der einen oder der mehreren Drosseleinrichtungen steuerbar, insbesondere auf- und zusteuerbar.
Mehrere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen
1 in einem Längsschnitt eine hydrostatische Axialkolbenmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen hydraulischen Schaltplan der hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß 1,
2a einen Ausschnitt aus 1 im Bereich der Schwenkwiege der Axialkolbenmaschine,
3 in einer schematischen Darstellung eine Druckmittelquelle, einen verstellbaren Durchflussquerschnitt und ein Entlastungsdruckfeld der Axialkolbenmaschine gemäß den 1 und 2,
4 in einer schematischen Darstellung eine Schwenkwiege einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 in einer schematischen Darstellung eine Schwenkwiege einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 einen Arbeitskolben mit Gleitschuh einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
7 einen Arbeitskolben mit Gleitschuh einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
8 in schematischer Darstellung ein Gleitlager, eine Schwenkwiege und einen Arbeitskolben mit Gleitschuh einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel,
9 in einer schematischen Darstellung eine Schwenkwiege einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel,
10 in einer schematischen Darstellung eine Schwenkwiege eine hydrostatischen Axialkolbenmaschine ähnlich den 1 und 2,
11 in einer schematischen Darstellung eine Schwenkwiege einer hydrostatischen Axialkolbenmaschine gemäß einem achten Ausführungsbeispiel und
12 und 13 in schematischer Darstellung zwei Ausführungsbeispiel von schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktaschen in einer abgewickelten Darstellung.
1 zeigt in einem Längsschnitt eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 1. Diese weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine über eine Nullstellung hinweg verschwenkbare Schwenkwiege 13 und einen Hochdruckanschluss P und einen Niederdruckanschluss T auf. Die hydrostatische Axialkolbenmaschine 1 ist damit ohne Änderung der Drehrichtung sowohl als Pumpe als auch als Hydromotor betreibbar. Eine Antriebswelle 4 ist um eine Drehachse 3 rotierend antreibbar oder angetrieben und nimmt eine damit drehfest verbundene Zylindertrommel 6 mit, in der mehrere auf einem Teilkreis verteilt angeordnete, axiale Zylinderbohrungen 8 vorgesehen sind, in denen in axialer Richtung ein jeweiliger Arbeitskolben 10 geführt ist. Die Arbeitskolben 10 sind jeweils über einen Gleitschuh 11 an einer Gleitfläche 12 der Schwenkwiege 13 gleitend abgestützt. Letztgenannte ist über einen Stellzylinder 14 und einen Rückstellzylinder 23 einer Verstellvorrichtung in ihrer Neigung verstellbar, das heißt verschwenkbar. Auf diese Weise kann ein Schwenkwinkel α, und damit das Verdrängungsvolumen der Axialkolbenmaschine 1, zwischen einem positiven, maximalen Schwenkwinkel α⁺ und einem negativen, maximalen Schwenkwinkel α^–, gleichen Betrages, beidseitig einer Neutrallage α₀ verstellt werden. In der Neutrallage α₀ steht die Schrägscheibe 12 senkrecht zur Drehachse 3, so dass beim Umlauf der Zylindertrommel 6 und der Arbeitskolben 10 keine Hubbewegung provoziert wird und somit das Verdrängungs- oder Fördervolumen Vg der Axialkolbenmaschine 1 null beträgt. Beim positiven, maximalen Schwenkwinkel α⁺ ist die Gleitfläche 12 maximal positiv gegen die Drehachse 3 angestellt, so dass beim Umlauf der Zylindertrommel 6 und der Arbeitskolben 10 das maximale, positive Fördervolumen Vg₊ resultiert. Beim negativen, maximalen Schwenkwinkel α^– ist die Gleitfläche 12 in entgegengesetzter Richtung, mit gleichem Betrag maximal gegen die Drehachse 3 angestellt, so dass beim Umlauf der Zylindertrommel 6 und der Arbeitskolben 10 das Fördervolumen Vg_– mit gleichem Betrag wie Vg₊ resultiert.
Die Schwenkwiege 13 ist in Richtung hin zum maximalen Schwenkwinkel α⁺ entgegen der Stellkraft des Stellzylinders 14 über eine Feder 18 eines Rückstellzylinders 23 vorgespannt, die an einer in den Gehäusedeckel 2 eingesetzten Buchse 16 abgestützt ist. Der Stellzylinder 14 ist, mit Bezug zur Drehachse 3, dem Rückstellzylinder 23 gegenüber angeordnet. Bei Beschickung eines Stelldruckraums 15 des Stellzylinders 14 mit Stelldruckmittel schwenkt die Schwenkwiege 13 zurück in Richtung des negativen minimalen Schwenkwinkels α^–. Diese Bewegung wird durch einen Anschlag 20, der im Inneren der Buchse 16 angeordnet ist, auf den negativen, maximalen Schwenkwinkel α^– begrenzt. Der Stelldruckraum 15 ist zum einen von einer Buchse 17, die in den Gehäusedeckel 2 eingeschraubt ist, und zum anderen von einem auf die Buchse 17 aufgestülpten Stellkolben 26 begrenzt. Mit einem Boden des Stellkolbens 26 ist dieser über einen Gleitschuh an einem in die Schwenkwiege 13 randseitig beabstandet zur Schwenkachse eingesetzten Anlenkpunkt (mit Kugelkopf) abgestützt. Von der Buchse 16, dem Anschlag 20 und einem in die Buchse 16 eingetauchten Rückstellkolben 22 ist ein Rückstelldruckraum 24 begrenzt. Der Rückstellkolben 22 ist über einen Gleitschuh und einen zur Schwenkachse beabstandeten Anlenkpunkt (mit Kugelkopf) mit der Schwenkwiege 13 gekoppelt.
Die Schwenkwiege 13 weist parallel zur Schwenkachse und symmetrisch zur in 1 dargestellten Schnittebene zwei teilzylindrische Lagersegmente 28 auf, die jeweils in einem in einen Lagerbock eingebetteten Gleitlager 30 verschwenkbar aufgenommen sind. In 1 sind das rückwärtig der Schnittebene angeordnete Lagersegment 28 und das zugehörige Gleitlager 30 gestrichelt dargestellt, da sie von der Schwenkwiege 13 verdeckt sind.
In das Gleitlager 30 sind in Schwenkrichtung umfänglich verteilt mehrere Entlastungsdrucktaschen 232 eingebracht. In die Lagersegmente 28 der Schwenkwiege sind dem etwa gegenüber angeordnet umfänglich verteilt mehrere Entlastungsdrucktaschen 32 eingebracht. Die Entlastungsdrucktaschen 232 sind dabei gemäß 1 und 2 über den als Druckmittelquelle fungierenden Stelldruckraum 15 des Stellzylinders 14 der Axialkolbenmaschine 1 bei einfahrendem Kolben 26 mit Druckmittel beaufschlagbar. Die Entlastungsdrucktaschen 32 sind hingegen gemäß 1 und 2 über den als Druckmittelquelle fungierenden Rückstelldruckraum 24 des Rückstellzylinders 23 der Axialkolbenmaschine 1 bei einfahrendem Kolben 22 mit Druckmittel beaufschlagbar. Die Ausbildung der Druckentlastung erfolgt erfindungsgemäß über die Steuereinheit ECU gesteuert somit nur bei einem Ausschwenken und Rückschwenken der Schwenkwiege 13 zwischen α^– und α⁺. Auf diese Weise ist ein Entlastungsdruckfeld zwischen dem Gleitlager 30 und der Schwenkwiege 13, genauer gesagt deren Lagersegmenten 28, nur bei einer Verschwenkbewegung (Ausschwenken oder Rückschwenken) aufgebaut, wodurch die Leckage über die Entlastungsdrucktaschen 32, 232 verringert ist.
Bevor auf die Ausführung der Druckmittelbeaufschlagung der Entlastungsdrucktaschen zur Ausbildung des Entlastungsdruckfeldes gemäß den 2 und 2a eingegangen wird, soll dargestellt werden, welche grundsätzlichen Möglichkeiten der Druckmittelversorgung von Entlastungsdrucktaschen und von deren Ausgestaltung vorgeschlagen werden.
Die Darstellung der folgenden 3 bis 13 ist stark schematisch.
3 zeigt ein Prinzip, nach dem eine oder die mehrere Entlastungsdrucktaschen 32, 232 mit Druckmittel versorgt werden, um das Entlastungsdruckfeld zwischen den Lagersegmenten 28 der Schwenkwiege 13 und dem Gleitlager 30 aufzubauen. Hierzu ist prinzipiell eine Druckmittelquelle 36 vorgesehen, die über einen Druckmittelströmungspfad 34 mit der Entlastungsdrucktasche 32 in Druckmittelverbindung bringbar ist. Die Druckmittelverbindung wird dabei über einen im Druckmittelströmungspfad 34 angeordneten, verstellbaren Durchflussquerschnitt, insbesondere den einer Drosseleinrichtung oder eines Ventils 38, gesteuert.
Um den Druck in der Entlastungsdrucktasche besonders präzise und ausschließlich im Wirkzeitraum einer Verschwenkung (Ausschwenken / Rückschwenken) der Schwenkwiege 13 zu steuern, erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Durchflussquerschnitt von einem gesondert über die Steuereinheit ECU steuerbaren Ventil 38, beispielsweise einem 2/2-Wegeschaltventil, ausgebildet ist.
Gemäß 4 erfolgt die Druckmittelversorgung der schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktasche 32, die in die Gleitfläche des Lagersegments 28 eingebracht ist, alternativ über die Arbeitsräume 9 (Druckmittelquelle) der Axialkolbenmaschine 1, die mit Hochdruck beaufschlagt sind. Gezeigt ist der Arbeitskolben 10, der an der Gleitfläche 12 in der Schwenkwiege abgestützt ist. Der Arbeitskolben ist dabei direkt an der Gleitfläche 12 abgestützt und an dieser geeignet gedichtet, so dass die Leckage im Kontaktbereich Arbeitskolben 10 / Schwenkwiege 13 minimal ist. Die Entlastungsdrucktasche 32 ist über den Druckmittelströmungspfad 34, der die Schwenkwiege 13 durchsetzt, mit dem Arbeitsraum 9 verbunden. Dabei durchsetzt der Druckmittelströmungspfad 34 auch den Arbeitskolben 10. Im Druckmittelströmungspfad 34 ist dabei der verstellbare Durchflussquerschnitt als separat ansteuerbare Drosseleinrichtung 38 ausgebildet. Die Entlastungsdrucktasche 32 ist bezogen auf eine neutrale Ebene 40 der Schwenkwiege asymmetrisch ausgestaltet. Dabei erstreckt sich ein größerer Abschnitt der Entlastungsdrucktasche 32 entgegen der Schwenkrichtung zur Vergrößerung des Verdrängungsvolumens. Der kleinere Abschnitt erstreckt sich in genannter Richtung.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem auf die im Arbeitskolben 10 angeordnete, ansteuerbare Drosseleinrichtung verzichtet wird und ein verstellbarer Durchflussquerschnitt an der Abstützstelle des Arbeitskolbens 10 an der Gleitfläche 12 bereitgestellt ist. Aufgrund der Relativbewegung der Schwenkwiege 13 relativ zum daran abgestützten Arbeitskolben 10 ergibt sich währenddessen eine Verstellung des Durchflussquerschnitts, der über die arbeitskolbenseitige und die schwenkwiegenseitige Mündung des Druckmitteströmungsfades definiert ist. Um den Schwenkwinkelbereich der Schwenkwiege abdecken zu können ist dabei die Mündung des Druckmittelströmungspfades 34 in der Gleitfläche 12 etwas größer ausgestaltet, so dass die beim Verschwenken auftretende Verschiebung der Mündung des Arbeitskolbens 10 gegen die Mündung in der Gleitfläche 12 abgedeckt werden kann.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein verstellbarer Durchflussquerschnitt 38 von Geometrien des Gleitschuhs 11 und des Arbeitskolbens 10 ausgebildet ist. Der Druckmittelströmungspfad 34 durchsetzt dabei den Arbeitskolben 10 und den Gleitschuh 11. Ein erster Abschnitt 34a mündet dabei stirnseitig in einem Kugelkopf des Arbeitskolbens 10 ein zweiter Abschnitt 34b durchsetzt den Gleitschuh 11 von seine mit der Gleitfläche in Kontaktstehenden Seite hin zu einer sphärischen Ausnehmung, in der der Kugelkopf aufgenommen ist.
7 zeigt prinzipiell ein Steuerungsprinzip, wie es bereits in 4 besprochen wurde, bei dem der verstellbare Durchflussquerschnitt als verstellbare Drosseleinrichtung 38 im Arbeitskolben 10 angeordnet ist. Dargestellt ist nun zudem der Gleitschuh 11.
8 zeigt das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel des Arbeitskolbens 10 mit Gleitschuh 11 in Abstützung an der Schwenkwiege 13.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zusätzlich zur schwenkwiegenseitigen Entlastungsdrucktasche 32 eine gleitlagerseitige Entlastungsdrucktasche 232 vorgesehen ist. In der Neutralstellung weisen beide Entlastungsdrucktaschen 32, 232 eine Überlappung auf. Wird die Schwenkwiege dann in Richtung der Vergrößerung des Verdrängungsvolumens in Richtung α⁺, verschwenkt, so vergrößert sich das von beiden Entlastungsdrucktaschen 32, 232 nur bei der Verschwenkung ausgebildete Entlastungsdruckfeld. Dementsprechend wird die Schwenkwiege bei Verschwenkungen mit Schwenkwinkeln hin zu α⁺ stärker hydrostatisch entlastet.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, mit mehreren in Schwenkrichtung α⁺ zueinander beabstandet angeordneten, gleitlagerseitigen Entlastungsdrucktaschen 232, die über den Druckmittelströmungspfad 34 mit der Druckmittelquelle 36 fluidisch verbunden sind. Dabei ist jede Entlastungsdrucktasche 232 über einen Parallelzweig des Druckmittelströmungspfades 34 angeschlossen. Die so parallel mit Druckmittel versorgten Entlastungsdrucktaschen 232 sind über eine gemeinsame, verstellbare Drosseleinrichtung 38, die als separat ansteuerbares Ventil ausgestaltet ist, mit Druckmittel versorgbar.
Alternativ dazu kann die Druckmittelversorgung der Entlastungsdrucktaschen 232 gemäß 11 ausgestaltet sein. Hier weist jeder parallele Zweig des Druckmittelströmungspfades 34 eine eigene verstellbare Drosseleinrichtung 38 auf, die jeweils separat ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann schwenkwinkelabhängig die einzelne Entlastungsdrucktasche 232 mit Druckmittel versorgt oder von der Druckmittelversorgung der Druckmittelquelle 36 abgesperrt werden. Alternativ oder ergänzend kann jede einzelne der Entlastungsdrucktaschen 232 mit einem unterschiedlichen Drosselquerschnitt der jeweiligen Drosseleinrichtung 38 mit Druckmittel versorgt werden. Auf diese Weise ist das resultierende Entlastungsdruckfeld an den Schwenkwinkel α und die dabei lokal im Gleitlager 30 auftretenden Kräfte sehr gut anpassbar. Auch hier gilt, dass zur bereits besprochenen Reduktion der Leckage die hydrostatischen Entlastungsdrucktaschen 232 nur innerhalb des jeweiligen Wirkzeitraumes der Verschwenkung und der Rückschwenkung höher ausgebildet ist als außerhalb des Wirkzeitraums
Die 12 und 13 zeigen schwenkwiegenseitige Entlastungsdrucktaschen 32 in schematischer Darstellung. Gezeigt sind jeweils die Entlastungsdrucktasche 32 und eine zugehörige Mündung des sie versorgenden Druckmittelströmungspfades 34. Die Entlastungsdrucktaschen 32 sind symmetrisch zur Neutralebene 40 angeordnet. Gemäß 12 sind an jedem Lagersegment 28 der Schwenkwiege 13 beidseitig der Neutralebene 40 zwei Entlastungsdrucktaschen 32 angeordnet. Mündungen des Druckmittelströmungspfades 34 in die jeweilige Entlastungsdrucktasche 32 sind zueinander diagonal, jeweils in einer Ecke der im Prinzip rechteckig ausgebildeten Entlastungsdrucktaschen 32, angeordnet. Die Entlastungsdrucktaschen 32 gemäß 12 werden über den Stelldruckraum 15 und über den Rückstelldruckraum 24 der Axialkolbenmaschine 1 gemäß 1 und 2 mit Druckmittel versorgt. Dabei werden die mit A indizierten Entlastungsdrucktaschen 32 über den Rückstelldruckraum 24 ausschließlich beim Einfahren des Kolbens 22, das heißt beim Ausschwenken von α^– zu α⁺, und die mit B indizierten Entlastungsdrucktaschen 32 ausschließlich beim Einfahren des Kolbens 26, das heißt beim Rückschwenken von α⁺ zu α^–, über den Stelldruckraum 15 mit Druckmittel beaufschlagt.
Abweichend vom Ausführungsbeispiel gemäß 12 zeigt 13 Entlastungsdrucktaschen 32, die sich über die Neutralebene 40 hinaus symmetrisch zu dieser erstrecken. Auch hier werden die mit A indizierten Entlastungsdrucktaschen 32 vom Rückstelldruckraum 24 und die mit B indizierten vom Stelldruckraum 15 mit Druckmittel versorgt. Verglichen mit den Entlastungsdrucktaschen gemäß 12 sind die gemäß 13 schmaler ausgebildet, weisen jedoch die gleiche Grundfläche auf.
2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Axialkolbenmaschine 1 zur Verdeutlichung der Druckmittelversorgung der Entlastungsdrucktaschen 32 und 232 gemäß 1, die zur vereinfachten Lesbarkeit der 2 in verkleinerter, schematisierter Form als 2a beigestellt ist. Die Axialkolbenmaschine 1 hat eine Hochdruckleitung 42 und eine Niederdruckleitung 44. Dabei wird von ihr im Pumpenbetrieb Druckmittel von der Niederdruckleitung 44 hin zur Hochdruckleitung 42 gefördert. Dargestellt in 2 sind der Stellzylinder 14, der an der Schwenkwiege 13 angreift, sowie der ebenso an der Schwenkwiege 13 angreifende Rückstellzylinder 23. Die Axialkolbenmaschine 1 weist ein elektromagnetisch betätigbares 3/3-Proportionalwegeventil 46 auf, über dessen erste Endstellung 46a bei Bestromung des zugeordneten Elektromagneten a die Hochdruckleitung 42 mit dem Stelldruckraum 15 in Druckmittelverbindung gebracht wird. Über eine Endstellung 46b, die bei Bestromung des Elektromagneten b des Ventils 46 eingenommen wird, wird der Stelldruckraum 15 mit dem Tank T verbunden. In der ersten Endstellung 46a wird der Stellkolben 26 ausgefahren und somit der Schwenkwinkel α verkleinert, wohingegen in der zweiten Endstellung 46b der Stellkolben 26 einfährt und der Schwenkwinkel α vergrößert wird.
Der Rückstelldruckraum 24 des Rückstellzylinders 23 ist über ein 2/2-Wegeschaltventil 52 mit der Hochdruckleitung 42 in Druckmittelverbindung bringbar. Letztgenanntes ist über eine Feder in eine Schließstellung vorgespannt und kann bei elektromagnetischer Betätigung in eine Durchflussstellung verstellt werden, so dass genannte Druckmittelverbindung aufgesteuert ist.
Über jeweils eine als 2/2 Wegeschaltventil ausgestaltete verstellbare Drosseleinrichtung 38, die elektromagnetisch betätigbar ist, ist gemäß 2 und 2a zum Einen der Stelldruckraum 15 mit den Entlastungsdrucktaschen 232, die gleitlagerseitig angeordnet sind, und zum Anderen der Rückstelldruckraum 24 mit den Entlastungstaschen 32 in Druckmittelverbindung bringbar.
Die Axialkolbenmaschine 1 weist zur Steuerung ihres Verdrängungsvolumens und des Entlastungsdruckfeldes zudem eine Steuereinheit ECU auf. Zur Erläuterung der Druckmittelversorgung der Entlastungsdrucktaschen 32 und 232 im Wirkzeitraum der Verschwenkung sei zunächst angenommen, dass die Axialkolbenmaschine 1 in einem stationären Zustand mit stationärem Schwenkwinkel α betrieben ist. Dementsprechend erfolgt gerade keine Verstellung des Schwenkwinkels. Zu diesem Zeitpunkt ist das 2/2 Wegeschaltventil 52 elektromagnetisch betätigt, so dass der Rückstelldruckraum 24 mit Hochdruck aus der Hochdruckleitung 42 versorgt ist. Das 3/3-Proportionalwegeventil 46 ist über die Steuereinheit ECU und die Bestromung des Elektromagneten a in Richtung der Endstellung 46a verstellt, so dass die Hochdruckleitung 42 in gedrosselter Druckmittelverbindung mit dem Stelldruckraum 15 ist. Die an der Schwenkwiege 13 angreifenden Kräfte der Feder 18 des am Rückstellkolben 22 angreifenden Hochdrucks und des am Stellkolben 26 angreifenden Drucks im Stelldruckraum 15 hält die Schwenkwiege 13 im Gleichgewicht, das heißt bei konstantem Schwenkwinkel α.
Da die Schwenkwiege 13 momentan nicht verstellt wird, also keine Verschwenkung stattfindet, sind die verstellbaren Drosseleinrichtungen 38 derzeit nicht elektromagnetisch betätigt, so dass die Feder die jeweilige Drosseleinrichtung 38 in ihre Sperrstellung drückt. Entsprechend sind die Entlastungsdrucktaschen 32, 232 nicht mit Druckmittel beaufschlagt und das Entlastungsdruckfeld nicht existent, wodurch auch eine Leckage unterbunden ist.
Es soll nun ein Ausschwenken der Schwenkwiege 13 in Richtung α⁺ erfolgen, was gleichbedeutend damit ist, dass dem Stelldruckraum 15 Druckmittel zuzuführen ist. Bevor dies erfolgt, wird über die Steuereinheit ECU der Elektromagnet der Drosseleinrichtung (38) bestromt, so dass dessen Durchflussstellung den Rückstelldruckraum 24 mit der Entlastungsdrucktasche 32 verbindet. Entsprechend baut sich das Entlastungsdruckfeld zwischen der Schwenkwiege 13 und dem Gleitlager 30 aufgrund des einfahrenden Rückstellkolbens 22 auf, der Druckmittel aus dem Rückstelldruckraum 24 in die Entlastungsdrucktasche 32 verdrängt. Voraussetzung hierfür ist allerdings die zeitnahe Absperrung des Ventils 52 über die Steuereinheit ECU. Zeitlich nachgelagert erfolgt die Ansteuerung des Magneten a des 3/3-Proportionalwegeventils, so dass dessen Ventilkörper stärker in Richtung der ersten Endstellung 46a verschoben wird und der Durchflussquerschnitt vergrößert wird, so dass der Stelldruckraum 15 zum Ausschwenken mit Druckmittel beschickt wird. Um die genannte zeitliche Lücke zwischen dem Aufbau des Entlastungsdruckfeldes und der Verstellung bereitzustellen kann die Drosseleinrichtung 38 beispielsweise als Schnellschaltventil mit bedeutend geringerer Schaltzeit als das 3/3-Proportional-Wegeventil ausgestaltet sein. Mit der Druckmittelzufuhr in den Stelldruckraum 15 verschiebt sich der Stellkolben 26 entgegen der hydrostatischen und der Federkraft des Rückstellzylinders 23, bis sich ein neues Kräftegleichgewicht an der Schwenkwiege 13 eingestellt hat und so die Verstellung beendet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird auch wieder die Bestromung des Elektromagneten der Drosseleinrichtung 38 abgeschaltet, so dass die Entlastungsdrucktasche 32 von ihrer Druckmittelversorgung getrennt ist und das Entlastungsdruckfeld zusammenbricht, sodass eine weitere Leckage darüber unterbunden ist.
Umgekehrt soll nun ein Rückschwenken der Schwenkwiege 13 in Richtung α^– erfolgen, was gleichbedeutend damit ist, dass dem Rückstelldruckraum 24 Druckmittel zuzuführen ist. Zunächst wird vor dem Rückschwenken der Elektromagnet der Drosseleinrichtung 38 bestromt, so dass die Druckmittelverbindung des Stelldruckraums 15 mit der Entlastungsdrucktasche 232 hergestellt ist, sodass das Entlastungsdruckfeld aufgebaut werden kann. Dann erfolgt über ein Abschalten der Bestromung beider Elektromagneten a und b des 3/3-Proportional-Wegeventils 46 über die Steuereinheit ECU die Verstellung dieses Ventils 46 in seine federzentrierte Mittelsperrstellung 46c, in der der Stelldruckraum 15 von der Hochdruckleitung 42 getrennt ist und gleichzeitig gemäß 2 über eine Bypassleitung 48 und eine darin angeordnete Blende 50 in gedrosselte Druckmittelverbindung mit dem Tank T gebracht ist. Dementsprechend kann bei einfahrendem Stellkolben 26 Druckmittel vom Stelldruckraum 15 teilweise hin zum Tank T abgeführt werden und gleichzeitig ein ausreichend hoher Druck im Stelldruckraum 15 zur Ausbildung des Entlastungsdruckfeldes in den Entlastungsdrucktaschen 232 erhalten bleiben. Alternativ zu der Bypassleitung 48 könnte eine gedrosselte Verbindung zwischen dem Stelldruckraum 15 und dem Tank auch durch das 3/3-Proportional-Wegeventil 46 realisiert werden, das sich dann etwas außerhalb seiner Mittelstellung befände. Die Schwenkwiege 13 erfährt solange eine Verstellung in Richtung des Schwenkwinkels α^–, bis wieder Kräftegleichgewicht an der Schwenkwiege 13 herrscht. Dann erfolgt die Abschaltung der Bestromung des Elektromagneten der Drosseleinrichtung 38, wodurch die Druckmittelverbindung des Stelldruckraums 15 mit der Entlastungsdrucktasche 232 unterbrochen wird und das Entlastungsdruckfeld zusammenbricht.
Offenbart ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise, für die zwischen einer Schwenkwiege und einem Gleitlager ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld ausbildbar ist. Dabei ist zur bedarfsgerechten Druckmittelversorgung des Entlastungsdruckfeldes eine Steuereinrichtung vorgesehen, die insbesondere eine elektronische Steuereinheit ECU und zudem wenigstens ein hydraulisches Steuermittel hat. Die Steuereinrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass über sie ein Entlastungsdruck innerhalb eines Wirkzeitraumes einer Verschwenkung höher ausgebildet ist als außerhalb des Wirkzeitraums.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatische Axialkolbenmaschine
2: Gehäusedeckel
3: Drehachse
4: Antriebswelle
6: Zylindertrommel
8: Zylinderbohrung
9: Arbeitsdruckraum
10: Arbeitskolben
11: Gleitschuh
12: Gleitfläche
13: Schwenkwiege
14: Stellzylinder
15: Stelldruckraum
16, 17: Buchse
18: Feder
20: Anschlag
22: Rückstellkolben
23: Rückstellzylinder
24: Rückstelldruckraum
26: Stellkolben
28: Lagersegment
30: Gleitlager
32; 232: Entlastungsdrucktasche
34: Druckmittelströmungspfad
36: Druckmittelquelle
38: Drosseleinrichtung
39: Lagerfläche
40: Neutralebene
42: Hochdruckleitung
44: Niederdruckleitung
46: 3/3-Proportional-Wegeventil
46a, 46b: Endstellung
46c: Sperrstellung
48: Bypassleitung
50: Blende
ECU: elektronische Steuereinheit
α: Schwenkwinkel
α⁰: Schwenkwinkel Null
α^–: negativer, maximaler Schwenkwinkel
α⁺: positiver, maximaler Schwenkwinkel
Vg: Verdrängungsvolumen
Vg–: negatives, maximales Verdrängungsvolumen
Vg+: positives, maximales Fördervolumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012022999 A1 [0002]
DE 3232363 C2 [0004]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer drehfest mit einer Triebwelle (4) verbundenen Zylindertrommel (6), in der eine Vielzahl Arbeitskolben (10) in jeweils einer Zylinderbohrung (8) axial verschieblich aufgenommen und an einer Gleitfläche (12) einer Schwenkwiege (13) abgestützt sind, die zur Verstellung des Verdrängungsvolumens (Vg) der Axialkolbenmaschine (1) an einem gehäusefesten Gleitlager (30) verschwenkbar gelagert ist, wobei über eine Steuereinrichtung der Axialkolbenmaschine (1) zwischen dem Gleitlager (30) und der Schwenkwiege (13) wenigstens ein hydrostatisches Entlastungsdruckfeld (32, 232) ausbildbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (ECU) derart ausgestaltet ist, dass über sie ein Druck des wenigstens einen hydrostatischen Entlastungsdruckfeldes (32, 232) innerhalb eines Wirkzeitraumes einer Verschwenkung der Schwenkwiege (13) höher ausgebildet ist als außerhalb des Wirkzeitraums.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1, wobei über die Steuereinrichtung (ECU) der Druck des wenigstens einen Entlastungsdruckfeldes (32, 232) in Abhängigkeit der Verschwenkung oder in Abhängigkeit einer erwarteten Verschwenkung erhöhbar ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verschwenkung ein Ausschwenken und / oder ein Rückschwenken umfasst.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 mit einer Druckmittelquelle, über die das wenigstens eine oder die Entlastungsdruckfelder beim Ausschwenken mit Druckmittel versorgbar sind, und mit einer anderen Druckmittelquelle, über die das wenigstens eine oder die Entlastungsdruckfelder beim Rückschwenken mit Druckmittel versorgbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 mit zwei Entlastungsdruckfeldern (32, 232), von denen eins (32) beim Ausschwenken über die eine Druckmittelquelle (24) und das andere (232) beim Rückschwenken über die andere Druckmittelquelle (15) mit Druckmittel versorgbar ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, wobei die Entlastungsdruckfelder (32, 232) jeweils in einer Entlastungsdrucktasche ausbildbar sind, und die Entlastungsdrucktaschen derart ausgestaltet sind, dass sie im Wesentlichen fluidisch voneinander getrennt sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 5, wobei die Entlastungsdruckfelder in einer gemeinsamen Entlastungsdrucktasche ausbildbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 oder einem darauf rückbezogenen Anspruch, mit wenigstens einem Ventil (38), über das die Druckmittelquellen (24, 15) fluidisch voneinander trennbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 4 und 7, wobei in einem Druckmittelströmungspfad von der einen Druckmittelquelle zur gemeinsamen Entlastungsdrucktasche ein Ventil und in einem anderen Druckmittelströmungspfad von der anderen Druckmittelquelle zur gemeinsamen Entlastungsdrucktasche ein anderes Ventil angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 6, wobei in einem Druckmittelströmungspfad von der einen Druckmittelquelle (24) zur einen Entlastungsdrucktasche ein Ventil (38) und in einem anderen Druckmittelströmungspfad von der anderen Druckmittelquelle (15) zur anderen Entlastungsdrucktasche ein anderes Ventil (38) angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 9 oder 10, wobei das oder die Ventile (38) innerhalb der Schwenkwiege (13) ausgebildet oder angeordnet sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 3 oder einem darauf rückbezogenen Ansprüche, wobei die Schwenkwiege (13) zum Ausschwenken von einem Stellzylinder (14) der Axialkolbenmaschine (1) und zum Rückschwenken von einem dem Stellzylinder (14) entgegenwirkenden Rückstellzylinder (23) angelenkt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12, wobei das wenigstens eine Entlastungsdruckfeld (32, 232) im Wirkzeitraum vom jeweils einfahrenden (23, 14) der beiden Zylinder mit Druckmittel beaufschlagt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Anspruch 12 oder 13, mit jeweils einem Ventil (46, 52), über das ein Stelldruckraum (15) des Stellzylinders (14) und ein Rückstelldruckraum (24) des Rückstellzylinders (23) jeweils zumindest mit einer Stelldruckmittelquelle (p) fluidisch verbindbar und beim Einfahren gegen diese absperrbar ist.