DE19819960A1

DE19819960A1 - Axialkolbenpumpe mit integriertem Schwenkwegmeßsystem

Info

Publication number: DE19819960A1
Application number: DE1998119960
Authority: DE
Inventors: Volkmar Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-05-05
Filing date: 1998-05-05
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH11336656A; EP0955465A3; EP0955465A2; DE19819960B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine mit mindestens einem - in einem Gehäuse angeordneten - mehrere Zylinder tragenden Rotor und mindestens einer schräg zum Rotor angeordneten Scheibe, auf der sich die in den Zylinder beweglichen Kolben abstützen. Hierbei wird zwischen dem Gehäuse und der zum Verstellen des Volumenstroms schwenkbaren Scheibe oder dem schwenkbaren Rotor ein aus wenigstens jeweils mindestens einem Sensorelement und mindestens einem den Meßweg darstellenden Element umfassendes, berührungsfrei arbeitendes Wegmeßsystem angeordnet. DOLLAR A Derartige Wegmeßsysteme benötigen nur einen verschwindend kleinen Bauraum.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer verstellbaren hydrostatischen Axialkolbenmaschine mit mindestens einem - in einem Gehäuse angeordneten - mehrere Zylinder tragenden Rotor und mindestens einer schräg zum Rotor angeordneten Scheibe, auf der sich die in den Zylindern beweglichen Kolben abstützen.

In modernen Hydraulikantrieben werden zunehmend elektrohydrau lisch verstellbare Motoren und Pumpen eingesetzt. Hierbei wird das für die Volumenstromänderung verantwortliche Verstell organ, beispielsweise eine Schrägscheibe bei der Schrägschei benmaschine oder der Rotor bei der Schrägachsenmaschine, über hydraulische Verstellzylinderantriebe verstellt. Der jeweilige Verstellzylinder ist Teil eines geschlossenen Regelkreises. Das für den Regelkreis erforderliche Istwertsignal wird über ein Sensorelement erfaßt, das die Lage und die Lageänderung des Verstellorgans mißt. Bei einer Schrägscheibenaxialkolben pumpe wird der Schwenkwinkel der Schrägscheibe üblicherweise durch Abgriff der rotativen Bewegung im virtuellen Schwenk punkt der Schrägscheibe bewerkstelligt. Die Messung ist pro blematisch und aufwendig, weil die Drehachse der Schrägscheibe am Gehäuse nicht exakt feststellbar ist. Zudem muß die Schwenkbewegung über eine Welle abgedichtet aus dem Gehäuse herausgeführt werden. Ferner ist eine spiel- bzw. umkehrspan nenfreie Ankopplung des Sensors an die herausgeführte Welle erforderlich.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Axialkolbenmaschine wird zwischen dem Gehäuse und der zum Verstellen des Volumenstroms schwenk baren Scheibe oder dem schwenkbaren Rotor ein aus wenigstens jeweils mindestens einem Sensorelement und mindestens einem den Meßweg darstellenden Element umfassendes, berührungsfrei arbeitendes Wegmeßsystem angeordnet. Dabei ist bei der Ma schine mit der schwenkbaren Scheibe - der Schrägscheibenaxial kolbenmaschine - das den Meßweg darstellende Element oder das Sensorelement an der Schrägscheibe angeordnet, während bei der Maschine mit dem schwenkbaren Rotor - der Schrägachsenmaschine - das den Meßweg darstellende Element oder das Sensorelement an einer an den Rotor anschließenden Steuerscheibe angeordnet ist.

Bei beiden Maschinentypen wird sowohl bei der Pumpen- als auch bei der Motorenausführung der Schwenkwinkel des Verstell organs, also der Schrägscheibe oder der schwenkbaren Zylinder trommel, mit Hilfe eines in das Gehäuse integrierten Wegmeß systems gemessen. Dabei wird der Verstellwinkel nicht im Be reich der geometrischen Verstellachse gemessen, sondern im Be reich der Schwenkfuge direkt zwischen der Schrägscheibe bzw. der Zylindertrommel und dem Gehäuse. Hierbei kann die Schwenk fuge gleichzeitig auch die Schwenklagerfläche darstellen.

Beispielsweise wird bei einer nach dem Schrägscheibenprinzip arbeitenden Axialkolbenpumpe, die über eine in einer Wiege lagerung schwenkbaren Schrägscheibe verfügt, im Gehäuseteil des Wiegelagers in der Raumfläche der Lagerfuge ein optoelek tronischer Positionsdetektor angeordnet. Dazu sitzt dort im Gehäuse ein länglicher, dünnwandiger lichtempfindlicher Halb leiterbaustein. Dem Halbleiterbaustein gegenüber ist in der Schrägscheibe eine Miniaturlichtquelle eingeklebt. Bei einem Schwenken der Schrägscheibe wandert ein von der Lichtquelle ausgehender Lichtpunkt auf dem Halbleiterbaustein. Eine dem Halbleiterbaustein nachgeschaltete Elektronik ermittelt in Echt zeit den Ort des Lichtpunkts in Relation zu den beiden En den des Halbleiterbausteins. Aus dem Abstand dieses Ortes ge genüber einer definierten Nullage des Schwenkweges und dem Ra dius des Wiegelagers läßt sich bei Bedarf der Schwenkwinkel errechnen.

Solche und ähnliche berührungsfreie Wegmeßsysteme benötigen außerhalb des Pumpengehäuses keinen Bauraum, da sie in der Re gel in der Gehäusewandung vollständig integrierbar sind. Wegen der geringen Baugröße der Sensoren ist der Bauraumbedarf in nerhalb des Gehäuses verschwindend klein. Die Wegmeßsysteme sind in der Regel stoßunempfindlich und messen die Schwenk bewegung auf einem relativ großen Durchmesser, so daß die Ver stellregelung ohne aufwendige Elektronik sehr feinfühlig aus gelegt werden kann. Da in der Regel keine bewegten mechani schen Bauteile aus dem Gehäuse herausgeführt werden, gibt es keine Dichtigkeits- und Justierprobleme.

Zeichnung

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den hier nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Be schreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:

Fig. 1 Schrägscheibenaxialkolbenpumpe im Teilschnitt mit einem Schrägscheiben- Schwenkwegsensor.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Axialkolbenpumpe ist eine Verdrän gungspumpe mit mehreren Pumpenkolben (30). Die Pumpenkol ben (30) sind in einer rotierenden, fremdangetriebenen Zylin dertrommel (25) in Zylinderbohrungen (26) angeordnet. Die Zy linderbohrungen (26) sind parallel zur Antriebsdrehachse der Zylindertrommel (25) ausgerichtet. Sie haben untereinander und gegenüber der Antriebsdrehachse jeweils einen konstanten Ab stand.

Die Zylindertrommel (25) sitzt auf einer Antriebswelle (20), die in einem quergeteilten Gehäuse (10, 11) gelagert ist. Im Deckel (11) des Pumpengehäuses (10) sitzt das aus einem Ril lenkugellager (14) bestehende Festlager. Im Inneren des Pum pengehäuses (10) ist die Antriebswelle (20) in einem ein Los lager darstellenden Nadellager (15) geführt. Die Zylindertrom mel (25) sitzt über eine Keilwellenverzahnung in geringem Maße längsverschieblich auf der Antriebswelle (20). Sie wird mit Hilfe einer zwischen ihr und der Antriebswelle (20) angeordne ten Schraubenfeder (21) gegen eine am Gehäuseboden anliegende Schlitzsteuerplatte (17) gedrückt.

Die Umsetzung der Antriebsdrehbewegung in eine Pumpenkolben hubbewegung erfolgt mit Hilfe einer bezüglich der Antriebs drehbewegung drehstarren Schrägscheibe (33). Letztere ist im Gehäusedeckel (11) schwenkbar gelagert. Die Schwenkachse der Schrägscheibe (33) schneidet die Antriebswelle (20) senkrecht. Die Abstützung im Gehäusedeckel (11) hat die Form einer gleit gelagerten Wiegelagerung. Dazu sind an der Rückseite der Schrägscheibe (33) zwei Zylinderscheibensegmente (34) ange formt, die im Gehäusedeckel (11) an zwei dort ortsfest befe stigten Gleitlagerschalen (35) anliegen.

Die Schrägscheibe (33) ist nach Fig. 1 an ihrem oberen Rand mit einem Hebel (36) ausgestattet, auf den gegen eine Rück stellfeder (38) ein hydraulisch betätigter Verstellkolben (37) eines hydraulischen Verstellantriebs wirkt. Beispielsweise ein außerhalb des Gehäuses (10) angeordneter Druckregler (39) be stimmt den Hub des Verstellkolbens (37) und damit die Schwenk stellung der Schrägscheibe (33)
Die um die Antriebsachse rotierenden Pumpenkolben (30) stützen sich an der Schrägscheibe (33) wälz- oder gleitgelagert ab. Bei der Pumpe nach Fig. 1 sitzen Gleitsteine (31) zwischen der Schrägscheibe (33) und den Pumpenkolben (30). Die Gleit steine (31) werden zumindest auf der Saugseite durch eine Rückhalteplatte (32) an der Schrägscheibe (33) gehalten.

Dreht sich beispielsweise die Antriebswelle (20) in der Dreh richtung (1) so bewegen sich die hinter dem im Vordergrund dargestellten Zylinderscheibensegment (34) vorbeigeführten Pumpenkolben (30) aus der Zylindertrommel (25) heraus. Die Pumpenkolben (30) durchlaufen die Saugseite. Sie saugen über die Schlitzsteuerplatte (17) und den daran anschließenden Saugkanal (12) das zu fördernde Druckmittel an. Das Druckmit tel wird im Ausführungsbeispiel auf der links von der An triebswelle (20) gelegenen Seite der Schrägscheibe (33) ver dichtet. Dort werden die Pumpenkolben (30) über die Gleit steine (31) in die Zylindertrommel (25) hineingeschoben, um das Druckmittel in den nicht dargestellten, dem Saugkanal (12) gegenüberliegenden Druckkanal zu fördern.

Um nun während des Pumpenbetriebs den Volumenstrom des Druck mittels elektrisch oder elektrohydraulisch regeln zu können, wird der Schwenkwinkel der Schrägscheibe (33) gemessen. Dazu ist gemäß Fig. 1 im Bereich der auf der weniger belasteten Saugseite liegenden Gleitlagerschale (35) beispielhaft ein in krementales Wegmeßsystem angeordnet. Das im Auflichtverfahren arbeitende Meßsystem hat beispielsweise einen im Zylinder scheibensegment (34) angeordneten oder eingelassenen Strich gitterträger (40). Letzterer trägt z. B. ein Strichgitter (41), eine Referenzmarke (42) und eine Richtungsmarkierung. Die Re ferenzmarke (42) ist beispielsweise in der Mitte des Gesamt schwenkbereiches der Schrägscheibe (33) angeordnet.

Der im Bereich des Strichgitterträgers (40) liegende Hohlraum in der Gleitlagerschale (35) ist mit dem Gehäuseinnenraum über eine Bohrung oder einen Kanal hydraulisch verbunden. Folglich kann sich in dem Hohlraum vor dem Strichgitterträger (40) kein - das Meßergebnis verfälschendes - Druck- oder Schmiermittel ansammeln.

Die optische Abtasteinrichtung (44) des Wegmeßsystems (40-44) ist im Gehäusedeckel (11) integriert. Sie sitzt vorzugsweise auf der Höhe der Mitte des Gesamtschwenkbereiches der Schräg scheibe (33). Im Gehäusedeckel (11) ist sie beispielsweise druckmitteldicht eingeklebt.

Alternativ können auch andere optoelektrisch, induktiv, oder magnetisch arbeitende Wegmeßsysteme verwendet werden.

Zur vereinfachten Montage und Wartung des Wegmeßsystems kann das Wegmeßsystem (40-44) in Kombination mit der Gleitlager schale (35) einschließlich der entsprechenden Gehäuseabdich tung als eine separat integrierbare Baugruppe gestaltet sein.

Claims

1. Verstellbare hydrostatische Axialkolbenmaschine mit minde stens einem - in einem Gehäuse angeordneten - mehrere Zylinder tragenden Rotor und mindestens einer schräg zum Rotor angeord neten Scheibe, auf der sich die in den Zylindern beweglichen Kolben abstützen, dadurch gekennzeichnet,

- daß zwischen dem Gehäuse (11, 12) und der zum Verstellen des Volumenstroms schwenkbaren Scheibe (33) oder dem schwenk baren Rotor ein aus wenigstens jeweils mindestens einem Sen sorelement (44) und mindestens einem den Meßweg darstellen den Element (41) umfassendes, berührungsfrei arbeitendes Wegmeßsystem (40-44) angeordnet ist, wobei
- bei der Maschine mit der schwenkbaren Scheibe (33) das den Meßweg darstellende Element (41) oder das Sensorelement (44) an der schwenkbaren Scheibe (33) angeordnet ist, während
- bei der Maschine mit dem schwenkbaren Rotor das den Meßweg darstellende Element oder das Sensorelement an einer an den Rotor anschließenden Steuerscheibe angeordnet ist.

2. Axialkolbenmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das oder die Sensorelemente (44) im Gehäuse (10, 11) angeordnet sind.

3. Axialkolbenmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das den Meßweg darstellende Element (41) bei der Ma schine mit der schwenkbaren Scheibe (33) im Lagerbereich der Scheibe (33) angeordnet ist.

4. Axialkolbenmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß bei der Maschine mit der schwenkbaren Scheibe (33) der im Bereich des den Meßweg darstellenden Elements (41) lie gende Hohlraum in der Arbeitsfugenzone der Scheibenlagerung mit dem Gehäuseinnenraum über eine Bohrung oder einen Kanal hydraulisch verbunden ist.