DE102020212372A1

DE102020212372A1 - Hydrostatische Axialkolbenmaschine

Info

Publication number: DE102020212372A1
Application number: DE102020212372.1A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bidell; Marcus Herrmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2022-03-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer im Betrieb rotierenden Zylindertrommel mit mehreren, Verdrängerkolben aufnehmenden Zylinderbohrungen, von denen jede in einer Steueröffnung an der einen Stirnseite der Zylindertrommel ausmündet, mit einem Steuerteil mit einer Steuerfläche, an der die Zylindertrommel mit der Stirnseite anliegt und in der ein erster Steuerschlitz und ein zweiter Steuerschlitz jeweils kreisbogenförmig ausmünden und an der zwischen den beiden Steuerschlitzen ein zwei Umsteuerbereiche, in dem die Steueröffnungen der Zylinderbohrungen zwischen Hochdruck und Niederdruck wechseln.Um beim Wechsel vom Hochdruck zum Niederdruck eine Vorentlastung der Zylinderbohrungen in beide Drehrichtungen zu erhalten, sind in dem einen Umsteuerbereich benachbart zu den Steuerschlitzen zwei Entlastungsöffnungen ausgebildet. Eine Ventilanordnung verbindet die erste Entlastungsöffnung mit der Drucksenke und sperrt die zweite Entlastungsöffnung gegen die Drucksenke ab, wenn der Druck in dem zweiten Steuerschlitz höher ist als der Druck in dem ersten Steuerschlitz und die Ventilanordnung verbindet die zweite Entlastungsöffnung mit der Drucksenke und sperrt die erste Entlastungsöffnung gegen die Drucksenke ab, wenn der Druck in dem ersten Steuerschlitz höher ist als der Druck in dem zweiten Steuerschlitz.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse, mit einem ersten Arbeitsanschluss und mit einem zweiten Arbeitsanschluss am Gehäuse. Die Axialkolbenmaschine umfasst eine im Betrieb rotierende Zylindertrommel mit mehreren Zylinderbohrungen, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben angeordnet sind und von denen jede in einer Steueröffnung an der einen Stirnseite der Zylindertrommel ausmündet. Die Axialkolbenmaschine umfasst außerdem ein Steuerteil mit einer Steuerfläche, an der die Zylindertrommel mit der Stirnseite anliegt und in der ein erster Steuerschlitz kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit dem ersten Arbeitsanschluss verbunden ist, in der ein zweiter Steuerschlitz kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit dem zweiten Arbeitsanschluss verbunden ist, und an der zwischen den beiden Steuerschlitzen ein erster Umsteuerbereich, in dem die Steueröffnungen der Zylinderbohrungen vom Hochdruck zum Niederdruck wechseln, und ein zweiter Umsteuerbereich, in dem die Steueröffnungen der Zylinderbohrungen vom Niederdruck zum Hochdruck wechseln, und im ersten Umsteuerbereich erste Entlastungsöffnung ausgebildet sind, die benachbart zum ersten Steuerschlitz liegt, die bei gegebener Drehrichtung der Zylindertrommel von den Steueröffnungen der Zylinderbohrungen nach ihrer Trennung von dem zweiten Steuerschlitz überfahrbar ist und die mit einer Drucksenke verbindbar ist.
Aus der EP 953 767 B1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine bekannt, die einen Niederdruckkanal und einen Hochdruckkanal aufweist, die in einem Hauptgehäusekörper oder in einer Abschlussplatte eines Gehäuses ausgebildet sind. Das Innere des Gehäuses ist im Betrieb ganz oder teilweise mit Lecköl gefüllt. Die hydrostatische Kolbenmaschine besitzt einen rotierenden Zylinderblock, der an einer Steuerplatte anliegt und mehrere Zylinderbohrungen aufweist, in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben angeordnet sind und von denen jede in einer Steueröffnung an der der Steuerplatte zugewandten Stirnseite der Zylindertrommel ausmündet.
Die Steuerplatte hat eine Steuerfläche, an der die Zylindertrommel mit der Stirnseite anliegt und in der ein erster Steuerschlitz kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit einem ersten Arbeitsanschluss verbunden ist, in der ein zweiter Steuerschlitz kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit einem zweiten Arbeitsanschluss verbunden ist, und an der zwischen den beiden Steuerschlitzen ein erster Umsteuerbereich, in dem die Steueröffnungen der Zylinderbohrungen vom Hochdruck zum Niederdruck wechsein, und ein zweiter Umsteuerbereich, in dem die Steueröffnungen der Zylinderbohrungen vom Niederdruck zum Hochdruck wechseln, und im ersten Umsteuerbereich eine Entlastungsöffnung ausgebildet sind. Die Zylinderöffnungen überfahren die Entlastungsöffnung, bevor sich die Zylinderöffnungen zu dem Steuerschlitz hin öffnen, der den Niederdruck führt.
Über einen von der Entlastungsöffnung ausgehenden Druckabbaufluidpfad soll der hohe Druck, der in einer Zylinderbohrung nach dem Überstreichen des den Hochdruck führenden Steuerschlitzes herrscht, langsam auf einen niedrigeren Druck abgebaut werden, damit der Unterschied zwischen dem Druck in der Zylinderbohrung und dem Druck in dem den Niederdruck führenden Steuerschlitz verringert oder null ist, wenn eine Steueröffnung zu dem den Niederdruck führenden Steuerschlitz geöffnet wird. Damit können die Geräuschemission und die mechanische Belastung der hydrostatischen Axialkolbenmaschine günstig beeinflusst werden.
Bei der aus der EP 953 767 B1 bekannten hydrostatischen Axialkolbenmaschine ist im Druckabbaufluidpfad ein proportional verstellbares Ventil angeordnet, durch dessen zunehmendes Öffnen der in einer Zylinderbohrung zunächst herrschende Hochdruck allmählich abgebaut werden soll. Der Aufwand für ein zusätzliches Ventil ist hoch und dessen Steuerung mit der notwendigen Frequenz zumindest sehr anspruchsvoll.
Bei hydrostatischen Axialkolbenmaschinen wird ein Druckabbaufluidpfad ohne Ventil üblicherweise durch eine sogenannte Vorsteuernut gebildet, die in die der Zylindertrommel zugekehrte Seite der Steuerplatte eingebracht ist und im Abstand zu einem Steuerschlitz beginnt, zu dem Steuerschlitz hin ihren Querschnitt vergrößert und schließlich in den Steuerschlitz mündet. Eine hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einer derartigen Vorsteuernut ist zum Beispiel aus der DE 17 03 347 A bekannt. Und zwar befindet sich an jedem Ende jedes der beiden Steuerschlitze jeweils eine Vorsteuernut, so dass insgesamt vier Vorsteuernuten vorhanden sind.
Bei einer derartigen gewöhnlichen Druckabbau-Umsteuerung wird der hohe Druck in einem Arbeitsraum über eine Vorsteuernut auf den in dem einen Steuerschlitz anstehenden Niederdruck, zum Beispiel auf Umgebungsdruck-Niveau abgebaut. Das Dekompressionsöl strömt dabei mit einer sehr hohen Geschwindigkeit ab, wodurch in der Scherzone, also in der Übergangszone zwischen dem ruhenden und dem schnell strömenden Druckfluid, Kavitationsblasen entstehen. Zusätzlich wird das Druckfluid in dieser Zone noch verschäumt. Da ein Kolben nach dem Druckabbau mit dem Saughub beginnt, besteht die Möglichkeit, dass kurzzeitig über die Druckabbau-Umsteuerung wieder angesaugt wird. Der Kolben kann dann das Druckfluid/Gas-Gemisch wieder ansaugen. Dies führt zu einem mangelhaften Füllungsgrad des Arbeitsraums.
Im Bereich der Druckabbau-Umsteuerung kann es somit zu Kavitationserosion kommen. Im Bereich der Druckaufbau-Umsteuerung, die auch mit einer an den entsprechenden Steuerschlitz angeschlossenen Vorsteuernut ausgebildet ist, tritt ebenfalls Kavitationserosion auf, da das Volumen des Druckfluid/Gas-Gemisches mit mehr Druckfluid aus der Hochdrucksteueröffnung aufgefüllt werden muss und deshalb mehr Druckfluid für den Druckaufbau benötigt wird. Dieser höhere Bedarf an Kompressionsfluid bedeutet, dass zum Zeitpunkt des Druckaufbaus Druckfluid längere Zeit mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten aus dem Hochdruck in die Zylinderbohrung strömt und dadurch die Kavitation zunimmt. Schließlich führt der unvollkommene Füllungsgrad der Zylinderbohrung zusätzlich zu einem frühzeitigen Saugabriss.
Aus der EP 2 324 245 B1 ist eine hydrostatische Axialkolbenmaschine bekannt, die eine Steuerplatte hat mit einem hochdruckseitigen kreisbogenförmigen Steuerschlitz und mit einem niederdruckseitigen kreisbogenförmigen Steuerschlitz, mit zwei Umsteuerbereichen zwischen den Steuerschlitzen und mit einer benachbart zum niederdruckseitigen Steuerschlitz angeordneten Entlastungsöffnung in dem einen Umsteuerbereich, die mit einer Drucksenke, vorliegend mit einem Fluidvolumen verbindbar ist. Das Fluidvolumen wirkt als Dekompressionsvolumen und als Vorkompressionsvolumen benutzt. In dem Fluidpfad zwischen der Entlastungsöffnung und dem Fluidvolumen ist ein Ventil angeordnet, über das das Fluidvolumen mit der Entlastungsöffnung verbindbar und zur Entlastungsöffnung hin absperrbar ist. Das Fluidvolumen ist mit Hilfe eines zweiten Ventils mit einer Vorkompressionsöffnung verbunden, die im anderen Umsteuerbereich nahe an dem hochdruckseitigen Steuerschlitz angeordnet ist. Die beiden Ventile werden abwechselnd betätigt, um zunächst das Druckfluid in einer vom hochdruckseitigen Steuerschlitz zum niederdruckseitigen Steuerschlitz wechselnden Zylinderbohrung zu dekomprimieren und dann das Druckfluid in einer vom niederdruckseitigen Steuerschlitz zum hochdruckseitigen Steuerschlitz wechselnden Zylinderbohrung komprimieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydrostatische Axialkolbenmaschine, insbesondere einen hydrostatischen Axialkolbenmotor mit den eingangs genannten Merkmalen so auszubilden, dass für beide Drehrichtungen eine insbesondere bei hohen Drehzahlen auftretende Kavitation vermieden wird und das Geräuschverhalten gut ist.
Diese Aufgabe wird bei einer hydrostatische Axialkolbenmaschine mit den eingangs genannten Merkmalen dadurch gelöst, dass in dem ersten Umsteuerbereich benachbart zum zweiten Steuerschlitz eine zweite mit einer Drucksenke verbindbare Entlastungsöffnung ausgebildet ist, die bei entgegengesetzter Drehrichtung der Zylindertrommel von den Steueröffnungen der Zylinderbohrungen nach ihrer Trennung von dem ersten Steuerschlitz überfahrbar ist, und dass eine Ventilanordnung vorhanden ist, die die erste Entlastungsöffnung mit der Drucksenke verbindet und die zweite Entlastungsöffnung gegen die Drucksenke absperrt, wenn der Druck in dem zweiten Steuerschlitz höher ist als der Druck in dem ersten Steuerschlitz und die die zweite Entlastungsöffnung mit der Drucksenke verbindet und die erste Entlastungsöffnung gegen die Drucksenke absperrt, wenn der Druck in dem ersten Steuerschlitz höher ist als der Druck in dem zweiten Steuerschlitz.
Bei Änderung der Drehrichtung wechseln die Hochdruckseite und die Niederdruckseite der Axialkolbenmaschine. Der Steuerschlitz, in dem bisher der Hochdruck anstand, wird zum niederdruckseitigen Steuerschlitz und der Steuerschlitz, in dem bisher der Niederdruck anstand, wird zum hochdruckseitigen Steuerschlitz. Entsprechend sperrt die Ventilanordnung die eine Entlastungsöffnung zur Drucksenke hin ab und gibt die andere Entlastungsbohrung zur Drucksenke hin frei, so dass immer die Entlastungsbohrung wirksam ist, die benachbart zu dem gerade den niederdruckführenden Steuerschlitz liegt.
Eine erfindungsgemäße hydrostatische Axialkolbenmaschine kann in vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet werden.
Die Ventilanordnung wird vorzugsweise in Abhängigkeit von den Drücken in den beiden Steuerschlitzen gesteuert und umfasst einen einzigen zwischen zwei Anschlägen längsbeweglichen Ventilkolben, der in die eine Bewegungsrichtung von dem in dem ersten Steuerschlitz anstehenden Druck und in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung von dem in dem zweiten Steuerschlitz anstehenden Druck beaufschlagt ist. Der Ventilkolben hat somit zwei Schaltstellungen, wobei er die eine Schaltstellung einnimmt, wenn in dem einen Steuerschlitz Hochdruck und in dem anderen Steuerschlitz Niederdruck ansteht, und die andere Schaltstellung einnimmt, wenn die Druckverhältnisse umgekehrt sind.
Bevorzugt ist der Ventilkolben in einer Ventilbohrung aufgenommen, die sich im Steuerteil zwischen dem ersten Steuerschlitz und dem zweiten Steuerschlitz erstreckt. Der Ventilkolben befindet sich also im Steuerteil.
Der Ventilkolben ist dabei in sehr einfacher Weise ohne komplizierte Verbohrungen durch die Drücke in den Steuerschlitzen betätigbar, wenn er von dem in einem Steuerschlitz anstehenden Druck in eine Richtung weg von diesem Steuerschlitz hin zum anderen Steuerschlitz beaufschlagt ist.
Für die Ventilanordnung wird besonders wenig Bauraum benötigt, wenn von der ersten Entlastungsöffnung eine erste Ventileingangsbohrung und von der zweiten Entlastungsöffnung eine zweite Ventileingangsbohrung ausgeht, wenn die beiden Ventileingangsbohrungen in Längsrichtung der Ventilbohrung voneinander beabstandet in die Ventilbohrung münden und wenn zwischen den beiden Ventileingangsbohrungen eine Ventilausgangsbohrung, die je nach der Position des Ventilkolbens mit der einen Ventileingangsbohrung oder mit der anderen Ventileingangsbohrung verbunden ist, in die Ventilbohrung mündet.
Die beiden Ventileingangsbohrungen verlaufen ausgehend von der Steuerfläche des Steuerteils bevorzugt schräg zu einer senkrecht auf der Mittelachse der kreisbogenförmigen Ausmündungen der Steuerschlitze stehenden Ebene. Anders als bei einem Verlauf parallel zur Mittelachse können somit die Mündungen in die Ventilbohrung und damit auch die Lage der Ventilbohrung bis zu einem gewissen Grad unabhängig von der Lage der Entlastungsöffnungen gewählt werden.
Insbesondere ist die Ventilbohrung so gelegt, dass sie in Richtung der Mittelachse der kreisbogenförmigen Ausmündungen der Steuerschlitze betrachtet parallel zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden Entlastungsöffnungen und in einem größeren Abstand von der Mittelachse als die Verbindungslinie verläuft. In einem größeren Abstand von der Mittelachse ist am Steuerteil genug Material zur Ausbildung einer Ventilbohrung mit günstigen Maßen vorhanden.
Bevorzugt hat der Ventilkolben in einem axialen Abstand zueinander zwei Kolbenbunde und zwischen den beiden Kolbenbunden einen Kolbenhals. In der Position am einen Anschlag überdeckt der Ventilkolben mit dem einen Kolbenbund die erste Ventileingangsbohrung und in der Position am anderen Anschlag mit dem anderen Kolbenbund die zweite Ventileingangsbohrung, während die jeweils andere Ventileingangsbohrung und die Ventilausgangsbohrung um den Kolbenhals herum fluidisch miteinander verbunden sind.
Die Anschläge für den Ventilkolben und seine Beaufschlagung durch die Drücke in den Steuerschlitzen lassen sich auf einfache Weise dadurch realisieren, dass in der Ventilbohrung von außen betrachtet jenseits eines jeden Steuerschlitzes ein Verschlussstopfen sitzt, der als Anschlag für den Ventilkolben dient und der einen Kanal zur Verbindung des jeweiligen Steuerschlitzes mit der Ventilbohrung aufweist.
Üblicherweise ist das Steuerteil eine gesonderte Steuerplatte, die zwischen der Zylindertrommel und einem Gehäuseteil, an dem sich die Arbeitsanschlüsse befinden, angeordnet ist. Die Ventilanordnung befindet sich also in der Steuerplatte. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die hydrostatische Axialkolbenmaschine eine solche in Schrägachsenbauweise ist. Ist eine derartigen Axialkolbenmaschine in ihrem Hubvolumen verstellbar, so bewegt sich bei einer Verstellung die Steuerplatte mit der Zylindertrommel mit. Befindet sich die Ventilanordnung nun in der Steuerplatte, so ist keine komplizierte fluidische Verbindung zwischen sich mit der Steuerplatte mitbewegenden Entlastungsöffnungen und einem sich nicht mitbewegenden Ventil zu schaffen.
Die Entlastungsöffnungen sind über die Ventilanordnung bevorzugt mit dem Innenraum des Gehäuses verbindbar, in dem üblicherweise Tankdruck ansteht.
Es ist jedoch auch denkbar, dass die Entlastungsöffnungen über die Ventilanordnung mit einem Dekompressionsvolumen verbindbar sind.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine sowie eine Variante des Ausführungsbeispiels sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigen

1 einen Längsschnitt durch die als Schrägachsenmaschine ausgebildete hydrostatische Axialkolbenmaschine,
2 eine Draufsicht auf die Steuerlinse der Axialkolbenmaschine nach 1 in Richtung auf die Steuerfläche,
3 eine Draufsicht auf die Steuerlinse der Axialkolbenmaschine, wobei die der Steuerlinse zugekehrte Stirnseite der Zylindertrommel mit den Steueröffnungen über die Steuerlinse gelegt ist,
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 2, wobei der Verlauf der Ventileingangsbohrungen entgegen dem realen Verlauf in den Schnitt gelegt ist und
5 die Variante des Ausführungsbeispiels, bei der der Ausgang des Ventils mit einem Dekompressionsvolumen verbunden ist.

Die in 1 dargestellte in ihrem Hubvolumen verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine wird in erster Linie als Hydromotor in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf eingesetzt und ist in entgegengesetzte Drehrichtungen betreibbar. Sie umfasst ein zweiteiliges Gehäuse 10 mit einem im wesentlichen topfförmigen Gehäuseteil 11 und mit einer Abschlussplatte 12, die die zwei Arbeitsanschlüsse aufweist und die das Gehäuseteil 11 an seiner offenen Seite verschließt. In dem Gehäuseteil 11 ist ein Leckölanschluss 13 ausgebildet, über den der mit Druckfluid gefüllte Innenraum 14 des Gehäuses 10 mit einem Tank verbindbar ist. Im Gehäuse 10 herrscht im Betrieb also Tankdruck.
Eine Triebwelle 15 mit einem Triebflansch 16 ist mittels zweier Kegelrollenlager in O-Anordnung in dem Gehäuseteil 11 drehbar gelagert.
Die Abschlussplatte 12 hat dem Innenraum 14 zugekehrt zwei axial voneinander beabstandete kreiszylindrische, hohle Lagerflächen 17, auf denen eine Steuerplatte 18 mit korrespondierenden Lagerflächen 19 aufliegt und an denen entlang die Steuerplatte zur Verstellung des Hubvolumens durch eine Verstellvorrichtung verschiebbar ist, von der in der 1 nur der in eine zentrale Bohrung 22 der Steuerplatte 18 eintauchende Stellzapfen 23 sichtbar ist. Verstellbare Anschläge 24 und 25 im Gehäuseteil 11 begrenzen den Verstellbereich der Steuerplatte 18. Zwischen den beiden Lagerflächen 19 springt die Oberfläche der Steuerplatte 18 etwas zurück, so dass dort eine sich über die gesamte Abmessung der Steuerplatte erstreckende flache Rinne 27 vorhanden ist, die unabhängig von der Position der Steuerplatte 18 zum Innenraum 14 hin offen ist. Der Abschlussplatte 12 abgewandt hat die Steuerplatte eine sphärisch gekrümmte, konvexe Steuerfläche 26. Aufgrund dieser sphärisch gekrümmten Steuerfläche wird die Steuerplatte auch Steuerlinse genannt.
Die Steuerplatte 18 weist zwischen den Lagerflächen 19 und der sphärischen Steuerfläche 26 zwei Steuerschlitze 30 und 31 auf, die in der Steuerfläche 26 in zwei auf einem Teilkreis liegenden, kreisbogenförmigen Steuernieren 32 und 33 ausmünden. Der Steuerschlitz 30 mündet in der einen Lagerfläche 19 in einer länglichen, rechteckigen Öffnung 34, der Steuerschlitz 31 in der anderen Lagerfläche 19 in einer länglichen, rechteckigen Öffnung 35 aus. In jeder Lagerfläche 17 der Abschlussplatte 12 befindet sich ein in dem Schnitt nach 1 nicht ersichtlicher Schlitz, der fluidisch mit einem an der Abschlussplatte ausgebildeten Arbeitsanschluss verbunden ist und der in jeder Position der Steuerplatte 18 von der rechteckigen Öffnung 34 beziehungsweise 35 überdeckt ist und durch Anlage der Lagerflächen 17 und 19 aneinander rund um die Öffnungen 34 und 35 herum zum Innenraum 14 des Gehäuses 10 durch eine Spaltdichtung abgedichtet ist. Somit besteht immer von der einen Steuerniere eine fluidische Verbindung zu dem einen Arbeitsanschluss und von der anderen Steuerniere zum anderen Arbeitsanschluss. Zwischen den Steuernieren 32 und 33 bestehen in der Steuerfläche 26 Umsteuerbereiche 36 und 37.
Die Axialkolbenmaschine umfasst des Weiteren eine Zylindertrommel 40, die zwischen dem Triebflansch 16 und der Steuerplatte 18 angeordnet ist. Die Zylindertrommel 40 stützt sich hydrostatisch gelagert mit einer entsprechend sphärisch gekrümmten, konkaven Lagerfläche 41 an der sphärisch gekrümmten, konvexen Steuerfläche 26 der Steuerplatte 18 ab. In der Zylindertrommel 40 sind vorliegend sieben axial verlaufende und gleichmäßig auf einem Teilkreis verteilte Zylinderbohrungen 42 ausgebildet, die an der dem Triebflansch 16 zugewandten ebenen Stirnfläche der Zylindertrommel 40 ausmünden. An der konkaven Lagerfläche 41 der Zylindertrommel 40 münden die Zylinderbohrungen 42 über schräg auf eine Mittelachse der Zylindertrommel zu verlaufende Mündungskanäle 43 auf dem Teilkreis aus, auf dem auch die Steuernieren 32 und 33 der Steuerplatte 18 liegen. Die Ausmündungen der Mündungskanäle an der Lagerfläche 41 bilden Steueröffnungen 39 der Zylinderbohrungen 42. In den Zylinderbohrungen 42 sind Kolben 44 hin und her bewegbar angeordnet. Deren aus den Zylinderbohrungen 42 herausragenden freien Enden sind über Kugelgelenke drehmitnehmbar mit dem Triebflansch 16 verbunden. Jedes Kugelgelenk besteht aus einem am freien Ende des zugeordneten Kolbens 44 ausgebildeten Kugelkopf 45 und einem in dem Triebflansch 16 ausgebildeten Hohlkugelabschnitt, in dem der Kugelkopf 45 drehbeweglich aufgenommen ist. Eine Rückhalteplatte 46 hält die Kugelköpfe 45 innerhalb der Hohlkugelabschnitte.
In einer zentralen, abgestuften Durchgangsbohrung 47 der Zylindertrommel 40 sitzt eine Schraubendruckfeder 48, die einen ebenfalls mittels eines Kugelgelenkes in dem Triebflansch 16 gelagerten, in die Durchgangsbohrung 47 hineinragenden und die Zylindertrommel 40 führenden Mittelzapfen 49 an dem Triebflansch 16 abstützt.
Es sei nun angenommen, dass die Axialkolbenmaschine als Hydromotor in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf betrieben werde und von einer Pumpe gefördertes Druckfluid dem Arbeitsanschluss zufließt, mit dem die Steuerniere 32 verbunden ist. In der Steuerniere 32 der Steuerplatte steht also Hochdruck und in der Steuerniere 33 der Steuerplatte 18 Niederdruck in Höhe von zum Beispiel dreißig bar an. Die Zylindertrommel 40 dreht sich dann in der Draufsicht nach 2 entgegen dem Uhrzeigersinn relativ zur Steuerplatte 18. Jeder Mündungskanal 43 einer Zylinderbohrung überfährt nacheinander die mit Hochdruck beaufschlagte Steuerniere 32, dann den Umsteuerbereich 36, dann die mit Niederdruck beaufschlagte Steuerniere 33, dann den Umsteuerbereich 37 und schließlich wieder die Steuerniere 32, wobei in der Mündungsbohrung und der Zylinderbohrung im Umsteuerbereich 36 ein Druckwechsel vom Hochdruck zum Niederdruck und im Umsteuerbereich 37 ein Druckwechsel vom Niederdruck zum Hochdruck stattfindet. Damit beim Druckwechsel vom Niederdruck zum Hochdruck nicht ein zu großer Druckstoß und laute Geräusche entwickelt werden, befindet sich an der Steuerniere 32 eine Vorsteuerkerbe 55, die von der Steuerniere 32 aus in den Umsteuerbereich 37 hineinragt. Über die Vorsteuerkerbe 55 fließt einer Zylinderbohrung 42 zunächst über einen kleinen Durchflussquerschnitt Druckfluid aus der Steuerniere 32 zu, so dass schon eine gewisse Vorkompression stattgefunden hat, bevor ein großer Durchflussquerschnitt von der Steuerniere 32 zur Zylinderbohrung geöffnet wird.
Fließt dem anderen Arbeitsanschluss des Axialkolbenmotors von einer Pumpe gefördertes Druckfluid zu, so dreht sich die Zylindertrommel 40 relativ zur Steuerplatte 18 in der Ansicht nach 2 im Uhrzeigersinn. Für diesen Fall ist an der Steuerniere 33 eine Vorsteuerkerbe 56 vorgesehen, die wie die Vorsteuerkerbe 55 in den Umsteuerbereich 37 hineinragt. Der Abstand zwischen den beiden Vorsteuerkerben ist so groß, dass sie nie über einen Mündungskanal 43 miteinander verbunden sind.
Auch beim Übergang vom Hochdruck zum Niederdruck soll sich in einer Zylinderbohrung der Druck nicht schlagartig ändern. Bei einer erfindungsgemäßen hydrostatischen Axialkolbenmaschine findet nun für beide Drehrichtungen des Axialkolbenmotors keine Druckentlastung einer Zylinderbohrung in die den Niederdruck führende Steuerniere, sondern in eine sonstige Drucksenke statt. Dafür sind in dem Umsteuerbereich 36, in dem unabhängig von der Drehrichtung jeweils von Hochdruck zu Niederdruck umgesteuert wird, nahe an der Steuerniere 33 eine erste Entlastungsöffnung 60 und nahe an der Steuerniere 32 eine zweite Entlastungsöffnung 61 vorgesehen. Die Entlastungsöffnungen befinden sich beim Ausführungsbeispiel nicht auf dem gestrichelt eingezeichneten Teilkreis, der mittig der Steuernieren verläuft, sondern sind gegenüber dem Teilkreis etwas nach innen versetzt. In Varianten können die Entlastungsöffnungen aber auch auf dem Teilkreis liegen oder nach außen versetzt sein. Der Abstand zwischen den beiden Entlastungsöffnungen muss, wie aus 3 hervorgeht, nicht so groß sein, dass sie nicht gleichzeitig von demselben Mündungskanal 43 überdeckt werden. Gemäß 3 befindet sich ein Mündungskanal 43 gerade in einer Position, in der er zu beiden Entlastungsöffnungen 60 und 61 offen ist.
In der Steuerplatte 18 ist ein Ventil 62 untergebracht, das einen in einer Ventilbohrung 63 längsbeweglichen Ventilkolben 64 aufweist und über das in Abhängigkeit davon, in welcher Steuerniere der höhere Druck herrscht, entweder die Entlastungsöffnung 60 oder die Entlastungsöffnung 61 mit dem Innenraum 14 des Gehäuses 10 als Drucksenke verbunden wird. Und zwar wird die der Steuerniere 32 benachbarte Entlastungsöffnung 61 mit der Drucksenke verbunden, wenn der Druck in der Steuerniere 32 niedriger ist als in der Steuerniere 33. Und es wird die der Steuerniere 33 benachbarte Entlastungsöffnung 60 mit der Drucksenke verbunden, wenn der Druck in der Steuerniere 33 niedriger ist als in der Steuerniere 32. Die Ventilbohrung 63 verläuft in der Steuerplatte 18 parallel zu einer gestrichelt eingezeichneten Verbindungslinie zwischen den beiden Entlastungsöffnungen 60 und 61 und senkrecht zu den Öffnungen 34 und 35. Der Abstand der Ventilbohrung 63 von einer durch die Mittellinie der zentralen Bohrung 22 gegebenen Mittelachse 65 der Steuerplatte 18 ist größer als der Abstand der besagten Verbindungslinie zwischen den beiden Entlastungsöffnungen 60, 61, so dass die Ventilbohrung außerhalb der Projektion der Steuernieren dort liegt, wo genug Material an der Steuerplatte vorhanden ist. Die Ventilbohrung 63 führt durch die ganze Steuerplatte 18 hindurch von einer Seite zur anderen Seite. Von außen betrachtet jenseits jeder Öffnung 34, 35 ist in die Ventilbohrung 63 ein Verschlussstopfen 66 mit einem axial durch ihn hindurchgehenden Loch 67 eingeschraubt. Nach außen sind die Ventilbohrung und damit auch die Schlitze 34 und 35 durch Verschlussschrauben 68 verschlossen.
Zwischen den beiden Verschlussstopfen 66 ist der Ventilkolben 64 bewegbar, der zwei voneinander beabstandete Kolbenbunde 75 und zwischen diesen einen Kolbenhals 76 aufweist. Die Verschlussstopfen 66 bilden Anschläge für den Ventilkolben 64 und sie lassen es aufgrund der Löcher 67 zu, dass der Ventilkolben 64 von dem Druck in der Öffnung 34 von dieser weg in Richtung zu der Öffnung 35 hin und von dem Druck in der Öffnung 35 von dieser weg in Richtung zu der Öffnung 34 hin beaufschlagt wird.
Von der ersten Entlastungsöffnung 60 geht eine erste Ventileingangsbohrung 77 und von der zweiten Entlastungsöffnung 61 eine zweite Ventileingangsbohrung 78 aus. Die beiden Ventileingangsbohrungen 77 und 78 münden in Längsrichtung der Ventilbohrung 63 voneinander beabstandet in die Ventilbohrung. Die beiden Ventileingangsbohrungen 77 und 78 verlaufen dabei schräg zu einer senkrecht auf der Mittelachse 65 stehenden Ebene. Zwischen den beiden Ventileingangsbohrungen 77 und 78 mündet eine Ventilausgangsbohrung 79, die je nach der Position des Ventilkolbens 64 mit der einen Ventileingangsbohrung oder mit der anderen Ventileingangsbohrung fluidisch verbunden ist, in die Ventilbohrung 63. Die Ventilausgangsbohrung 79 öffnet sich in die Rinne 27 der Steuerplatte 18 und damit in den Innenraum 14 des Gehäuses 10.
Unter der schon geschilderten Annahme, dass die Axialkolbenmaschine als Hydromotor in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf betrieben wird und von einer Pumpe gefördertes Druckfluid dem Arbeitsanschluss zufließt, mit dem die Steuerniere 32 verbunden ist, herrscht in dem Öffnung 34 Hochdruck und in der Öffnung 35 Niederdruck. Der Ventilkolben 64 ist deshalb, wie in 4 dargestellt an den gemäß 4 rechten Anschlag 66 verschoben. Er sperrt mit seinem Kolbenbund 75 die Ventileingangsbohrung 78 und damit die Entlastungsöffnung 61 ab und verbindet die Ventileingangsbohrung 77 und damit die Entlastungsöffnung 60 mit der Ventilausgangsbohrung 79 und damit mit dem Innenraum 14 des Gehäuses 10. Eine zunächst die Steuerniere 32 überfahrende Steueröffnung 39 kommt beim Verlassen der Steuerniere 32 zunächst in Überdeckung mit der abgesperrten Entlastungsöffnung 61. Dies hat noch keine Auswirkung auf den Druck in der entsprechenden Zylinderbohrung. Wenn ein Kolben 44 im äußeren Totpunkt am weitesten aus einer Zylinderbohrung herausgeschoben ist, überdeckt, wie aus 3 hervorgeht, die entsprechende Steueröffnung 39 noch ein bisschen die Entlastungsöffnung 61 und schon ein bisschen die Entlastungsöffnung 60, wobei die Überdeckung der Entlastungsöffnung 61 nach wie vor keine Auswirkung hat. Es ist, als ob sie nicht da wäre. Über die Entlastungsöffnung 60 und über das Ventil 62 fließt nun Druckfluid aus der entsprechenden Zylinderbohrung 42 und dem entsprechenden Mündungskanal 43 in den Innenraum 14 ab, so dass der Druck in der Zylinderbohrung abfällt. Schließlich kommt die Steueröffnung 39 auch in Überdeckung mit der Steuerniere 33 und der Druck in der Zylinderbohrung wird gleich dem Niederdruck. Es fließt als, während eine Steueröffnung zunächst nur die Entlastungsöffnung 60 überdeckt, Druckfluid aus der entsprechenden Zylinderbohrung in den Innenraum 14 ab. Wenn dann die Steueröffnung nicht nur die Entlastungsöffnung 60 überdeckt, sondern auch in Überdeckung mit der Steuerniere 33 kommt, fließt auch aus der Steuerniere, in der beim Einsatz des Axialkolbenmotors in einem geschlossenen hydraulischen Kreislauf ein Druck von zum Beispiel dreißig bar ansteht, und damit aus dem Niederdruckzweig des Kreislaufs Druckfluid in den Innenraum 14 ab. Es ist dadurch eine zusätzliche Spülfunktion realisiert.
Bei der in 5 gezeigten Variante ist die Ventilausgangsbohrung 79 fluidisch mit einem Dekompressionsvolumen 85 verbunden, dem somit Dekompressionsöl aus der eine nicht abgesperrte Entlastungsöffnung 60, 61 überfahrenden Zylinderbohrung 42 zufließt. Das Dekompressionsvolumen kann in dem Gehäuseteil 11, in der Abschlussplatte 12 oder zwischen diesen beiden Teilen oder mit Hilfe eines zusätzlichen Teils ausgebildet sein. Es kann auch in die Steuerplatte integriert sein.
Bezugszeichenliste

10: zweiteiliges Gehäuse
11: Gehäuseteil von 10
12: Abschlussplatte von 10
13: Leckölanschluss in 11
14: Innenraum von 10
15: Triebwelle
16: Triebflansch
17: hohle Lagerflächen an 12
18: Steuerplatte
19: Lagerflächen an 18
22: zentrale Bohrung in 18
23: Stellzapfen
24: verstellbarer Anschlag
25: verstellbarer Anschlag
26: Steuerfläche von 18
27: Rinne in 18
30: Steuerschlitz in 18
31: Steuerschlitz in 18
32: Steuerniere in 18
33: Steuerniere in 18
34: rechteckige Öffnung in 18
35: rechteckige Öffnung in 18
36: Umsteuerbereich in 26
37: Umsteuerbereich in 26
39: Steueröffnung von 42
40: Zylindertrommel
41: Lagerfläche an 40
42: Zylinderbohrung in 40
43: Mündungskanal von 42
44: Kolben in 42
45: Kugelkopf von 44
46: Rückhalteplatte für 44
47: Durchgangsbohrung in 40
48: Schraubendruckfeder
49: Mittelzapfen
55: Vorsteuerkerbe
56: Vorsteuerkerbe
60: erste Entlastungsöffnung
61: zweite Entlastungsöffnung
62: Ventil
63: Ventilbohrung
64: Ventilkolben
65: Mittelachse von 18
66: Verschlussstopfen
67: Loch in 66
68: Verschlussschraube
75: Kolbenbund
76: Kolbenhals
77: Ventileingangsbohrung
78: Ventileingangsbohrung
79: Ventilausgangsbohrung
85: Dekompressionsvolumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 953767 B1 [0002, 0005]
DE 1703347 A [0006]
EP 2324245 B1 [0009]

Claims

Hydrostatische Axialkolbenmaschine mit einem Gehäuse (10), mit einem ersten Arbeitsanschluss und mit einem zweiten Arbeitsanschluss am Gehäuse (10), mit einer im Betrieb rotierenden Zylindertrommel (40) mit mehreren Zylinderbohrungen (42), in denen im Betrieb eine Hubbewegung ausführende Verdrängerkolben (44) angeordnet sind, und von denen jede in einer Steueröffnung (39) an der einen Stirnseite (41) der Zylindertrommel (40) ausmündet, mit einem Steuerteil (18) mit einer Steuerfläche (26), an der die Zylindertrommel (40) mit der Stirnseite (41) anliegt und in der ein erster Steuerschlitz (31) kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit dem ersten Arbeitsanschluss verbunden ist, in der ein zweiter Steuerschlitz (30) kreisbogenförmig ausmündet, der fluidisch mit dem zweiten Arbeitsanschluss verbunden ist, und an der zwischen den beiden Steuerschlitzen (30, 31) ein erster Umsteuerbereich (36), in dem die Steueröffnungen (39) der Zylinderbohrungen (42) vom Hochdruck zum Niederdruck wechsein, und ein zweiter Umsteuerbereich (37), in dem die Steueröffnungen (39) der Zylinderbohrungen (42) vom Niederdruck zum Hochdruck wechseln, und im ersten Umsteuerbereich (36) benachbart zum ersten Steuerschlitz (31) und bei gegebener Drehrichtung der Zylindertrommel (40) von den Steueröffnungen (39) der Zylinderbohrungen (42) nach ihrer Trennung von dem zweiten Steuerschlitz (30) überfahrbar eine erste Entlastungsöffnung (60) ausgebildet sind, die mit einer Drucksenke (14) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Umsteuerbereich (36) benachbart zum zweiten Steuerschlitz (30) eine zweite mit einer Drucksenke (14) verbindbare Entlastungsöffnung (61) ausgebildet ist, die bei entgegengesetzter Drehrichtung der Zylindertrommel (40) von den Steueröffnungen (39) der Zylinderbohrungen (42) nach ihrer Trennung von dem ersten Steuerschlitz (31) überfahrbar ist, und dass eine Ventilanordnung (62) vorhanden ist, die die erste Entlastungsöffnung (60) mit der Drucksenke (14) verbindet und die zweite Entlastungsöffnung (61) gegen die Drucksenke (14) absperrt, wenn der Druck in dem zweiten Steuerschlitz (30) höher ist als der Druck in dem ersten Steuerschlitz (31) und die die zweite Entlastungsöffnung (61) mit der Drucksenke (14) verbindet und die erste Entlastungsöffnung (60) gegen die Drucksenke (14) absperrt, wenn der Druck in dem ersten Steuerschlitz (31) höher ist als der Druck in dem zweiten Steuerschlitz (30).
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 1, wobei die Ventilanordnung (62) einen zwischen zwei Anschlägen (66) längsbeweglichen Ventilkolben (64) umfasst, der in die eine Bewegungsrichtung von dem in dem ersten Steuerschlitz (31) anstehenden Druck und in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung von dem in dem zweiten Steuerschlitz (30) anstehenden Druck beaufschlagt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2, wobei der Ventilkolben (64) in einer Ventilbohrung (63) aufgenommen ist, die sich im Steuerteil (18) zwischen dem ersten Steuerschlitz (31) und dem zweiten Steuerschlitz (30) erstreckt.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 2, wobei der Ventilkolben (64) von dem in einem Steuerschlitz (30, 31) anstehenden Druck in eine Richtung weg von diesem Steuerschlitz (30, 31) hin zum anderen Steuerschlitz (31, 30) beaufschlagt ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 3 oder 4, wobei von der ersten Entlastungsöffnung (60) eine erste Ventileingangsbohrung (77) und von der zweiten Entlastungsöffnung (61) eine zweite Ventileingangsbohrung (78) ausgeht, wobei die beiden Ventileingangsbohrungen (77, 78) in Längsrichtung der Ventilbohrung (63) voneinander beabstandet in die Ventilbohrung (63) münden und wobei zwischen den beiden Ventileingangsbohrungen (77, 78) eine Ventilausgangsbohrung (79), die je nach der Position des Ventilkolbens (64) mit der einen Ventileingangsbohrung (77) oder mit der anderen Ventileingangsbohrung (78) fluidisch verbunden ist, in die Ventilbohrung (63) mündet.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 5, wobei die beiden Ventileingangsbohrungen (77, 78) schräg zu einer senkrecht auf der Mittelachse (65) der Steuerplatte (18) stehenden Ebene verlaufen.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 6, wobei in Richtung der Mittelachse (65) der kreisbogenförmigen Ausmündungen (32, 33) der Steuerschlitze (30, 31) betrachtet die Ventilbohrung (63) parallel zu einer Verbindungslinie zwischen den beiden Entlastungsöffnungen (60, 61) und in einem größeren Abstand von der Mittelachse (65) als die Verbindungslinie verläuft.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der Ventilkolben (64) in einem axialen Abstand zueinander zwei Kolbenbunde (75) und zwischen den beiden Kolbenbunden (75) einen Kolbenhals (76) hat und in der Position am einen Anschlag (66) mit dem einen Kolbenbund (75) die erste Ventileingangsbohrung (77) und in der Position am anderen Anschlag 66) mit dem anderen Kolbenbund (75) die zweite Ventileingangsbohrung (78) überdeckt, während die jeweils andere Ventileingangsbohrung (78, 77) und die Ventilausgangsbohrung (79) um den Kolbenhals (76) herum fluidisch miteinander verbunden sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem der Patentansprüche 3 bis 8, wobei in der Ventilbohrung (63) von außen betrachtet jenseits eines jeden Steuerschlitzes (30, 31) ein Verschlussstopfen (66) sitzt, der als Anschlag für den Ventilkolben (64) dient und der einen Kanal (67) zur Verbindung des jeweiligen Steuerschlitzes (30, 31) mit der Ventilbohrung (63) aufweist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei das Steuerteil (18) eine gesonderte Steuerplatte ist, die zwischen der Zylindertrommel (40) und einem Gehäuseteil (12), an dem sich die Arbeitsanschlüsse befinden, angeordnet ist.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Entlastungsöffnungen (60, 61) über die Ventilanordnung (62) mit dem Innenraum (14) des Gehäuses (10) verbindbar sind.
Hydrostatische Axialkolbenmaschine nach einem vorhergehenden Patentanspruch, wobei die Entlastungsöffnungen (60, 61) über die Ventilanordnung (62) mit einem Dekompressionsvolumen (85) verbindbar sind.