DE202017006651U1

DE202017006651U1 - Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine

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Publication number: DE202017006651U1
Application number: DE202017006651.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2018-03-01
Anticipated expiration: 2027-12-28

Abstract

Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine – mit einem Stator (2), der durch Rollen (6) versehen eine Innenverzagnung aufweist. – mit einem Kreiskolben (1), dessen Aussenverzahnung in die Innenverzahnung eingreift und mit den Rollen (6) Arbeitsräume bildet, wobei die Zähnezahldifferenz zwischen den beiden Verzahnungen gleich eins ist, – mit einer zentralen Welle (3) mit einer Aussenverzahnung (4), die in eine Innenverzahnung (5) des Kreiskolbens (1) eingreift, – mit Wälzlager (8) und (9) zur zentralen Lagerung der Welle (3) zum Stator (2), – mit einem scheibenförmigen Drehventil (10) als Kommutator für die Steuerung der Arbeitsräume zwischen dem Kreiskolben (1) und dem Stator (2), – mit einer Kreiskolbenplatte (13, 14), in deren Teil (13) eine Innenverzahnung (27) vorgesehen ist, in die die Aussenverzahnung des Kreiskolbens (1) deckungsgleich und dichtend eingreift, jedoch ein ausreichendes Laufspiel für eine Axialverschiebung besitzt, – mit einem Verstellkolben (20), dessen Aussenverzahnung deckungsgleich und dichtend, jedoch laufspielbehaftet in die Rollen (6) des Stators (2) eingreift, – mit einer Verbindungsleitung (18) vom Hochdruckanschluss (15) zum Verstellkolben (20) mit einer Verstelldrossel (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiskolbenplatte axial gesehen in zwei Teile (13) und (14) geteilt ist und deren axialer Zwischenraum über eine weitere Leitung (19) mit dem Hochdruckanschluss (15) verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische Kreiskolbenmaschine, wie sie in der PCT-Patentanmeldung WO 2011/161117 A2 geoffenbart ist. Darin ist vorgesehen, dass die stufenlose Volumenregelung dadurch erreicht wird, indem durch Axialverschiebung des Kreiskolbens gegenüber dem Stator die wirksame Eingriffsbreite der Verdrängerverzahnungen veränderbar ist.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Lösung wesentlich zu verbessern, damit sich die Maschine für wesentlich höhere Arbeitsdrücke eignet. Die Verluste durch Reibung und Leckage insbesondere an den axialen Dichtflächen sollen verringert werden und die Durchbiegung der Welle insbesondere an den Zahneingriffstellen möglichst zu Null werden.
Erfundungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die dort vorgesehene Kreiskolbenplatte 17 ersetzt wird durch eine neue Kreiskolbenplatte, die zweigeteilt ist. Die beiden Teilplatten bilden in axialer Richtung gesehen zwischen sich ein axial wirkendes Druckfeld, das in Verbinung steht mit dem hydraulichen Arbeitsdruck der Maschine. Dieses Druckfeld ist kolbenartig ausgebildet und durch O-Ringe gegenüber dem Niederdruck abgedichtet. Das Druckfeld ist so dimensioniert, dass links und rechts davon die axiale Abdichtfunktion der Arbeitsräume zwischen dem Kreiskolben 1 und dem Stator 2 mit den Rollen 6 und auf der Seite des Lagerflansches mit der Ausgleichsfläche 25 sicher ist durch axiale Laufspalte im Bereich der Schmierfilmdicke, also im Mikromillimeterbereich. Gleichzeitig soll axial keine grosse verlustbringende Gleitreibung entstehen. Diese Kreiskolbenplatte ververübt die gleiche Orbitbewegung wie der Kreiskolben, nämlich gleichzeitig eine Drehbewegung und eine Exzenterbewegung, da sie bewegungsmässig mit dem Kreiskolben direkt gekoppelt ist.
Eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung gegenüber der bekannten Konstruktion wird dadurch erzielt, dass am Kreiskolben ein kreiszylindrischer Fortsatz vorgesehen ist, der zusammen mit dem axial gesehenen linken Teil 14 der neuen Kreiskolbenplatte ein Druckfeld ermöglicht zur zuverlässigen Rückführung des Kreiskolbens in seine maximale Verdrängungslage. Dieses Druckfeld ergibt sich aus den Räumen der Zahnlücken der Innenverzahnung des rechten Teils der Kreiskolbenplatte und der kreiszylindrischen Form des Fortsatzes des Kreiskolbens. Sind diese Räume mit dem Arbeitdruck der Maschine in wirksamer Verbindung, entsteht eine vom Arbeitsdruck abhängige Rückführkraft. Zudem besteht hier die Möglichkeit, in diesen Räumen axial wirksame Federn anzuordnen, damit auch bei absolutem Nulldruck der Maschine der Kreiskolben sich stets in seiner Verdränungs-Maximalposition befindet. Es soll nämlich dafür gesorgt sein, dass beim Anfahren eines z. B. mobilen Arbeitgerätes immer das möglichst höchste Anfahrdrehmoment zur Verfügung steht.
Ein Kriterium für die axiale Verschiebbarkeit des Kreiskolbens ist die Reibung unter hoher Last. Sowohl zwischen der Kreiskolbenaussenverzahnung und den Rollen im Stator als auch zwischen den Zahnflanken des Innengetriebes Kreiskolben/Welle entstehen durch die Zahnkräfte Reibungswiderstände, die einer axialen Verschiebbarkeit entgegenwirken. Es ist deshalb unbedingt notwendig, dass an diesen Eingrffstellen unter Last keine Kantenträger entstehen. Gemäß der Erfindung wird deshalb das innenliegende Kegelrollenlager in unmittelbarer Nähe zu diesen Zahneingriffen angeordnet, um möglichst jegliche Schiefstellung in diesen Bereichen zu vermeiden. Insbesondere darf sich die Welle nicht verbiegen. Auch sollte die Breite der Aussenverzahnung der Welle nicht unnötig gross sein. Die elasto-hydrodynamische Schmierung insbesondere an den Zahnflanken des Innengetriebes Kreiskolben/Welle ist umso besser, je besser die Zahnflanken fluchten.
Weitere vorteilhafte erfinderische Merkmale sind in den Unteransprüchen geoffenbart.
Anhand der Zeichnung wird die Funktion der stufenlosen Schluckvolumen-Verstellung erläutert.
Die 1 zeigt einen Längsschnitt entlang der Schnittlinie ”A” der 2 der Maschine. Hierbei gelangt das Drucköl vom Anschluss 15 in den Ringraum des axialen Ausgleichkolbens 11 und den Rimgraum des scheibenförmigen Drehventils 10, das als Drehkommutator wirkt. Durch die axialen Kanäle 16 fliest das Öl radial bei 17 nach innen in die Arbeitsräume zwischen dem Kreiskolben 1 und den Rollen 6 des Stators 2. Durch den Hochdruck in diesen Räumen entsteht eine Hydraulikkraft und somit ein drehmoment auf den Drehkolben 1, der dieses über das Innengetriebe 4 und 5 auf die allem gemeinsame Abtriebswelle 3 weiterleitet. Das Drehventil sorgt dafür, dass dieses Druckfeld stets entweder genau links oder genau rechts der Exzenterachse liegt, je nach Drehrichtung der Maschine. Die Welle 3 ist mittels der Kegelrollenlager 8 und 9 äusserst tragfähig gelagert, wobei man erkennen kann, dass das Kegelrollenlager 9 in unmittelbarer Nähe des Zahneingriffs zwischen der Innenverzahnung 5 des Kreiskolbens 1 und der Aussenverzahnung 4 der Welle 3 angeordnet ist. Dadurch ist eine Durchbiegung der Welle 3 und die Entstehung von Kantenträgern in den Verzahnungen vermieden.
Über die Druckleitung 18 und die Verstelldrossel 21 wird der axial wirkende Verstellkolben 20 mit einem bedarfsorientierten Verstelldruck beaufschlagt, der für die Verstellung deutlich niedriger ist als der zugeführte Hochdruck entsprechend seiner Dimensionierung. Der Verstellkolben 20 verschiebt den Kreiskolben 1 (in der Zeichnung) nach links mit der Folge, dass die Eingriffsbreite des Kreiskolbens 1 mit den Rollen 6 und somit dem Stator 2 kleiner wird. Dadurch verkleinert sich das Schluckvolumen pro Umdrehung der Maschine entsprechend.
Zur axialen Abdichtung der Arbeitsräume zwischen der Aussenverzahnung des Kreiskolbens 1 und den Statorrollen 6 dient die Kreiskolbenplatte 13 und 14, die axial gesehen in zwei Teile aufgeteilt ist. Der rechte Teil 13 besitzt eine Innenverzahnung 27 deckungsgleich mit der Aussenverzahnung des Kreiskolbens 1 mit abdichtender Genauigkeit, jedoch mit soviel Laufspiel, dass eine axiale Verschiebung des Kreiskobens 1 darin möglich ist. Der linke Teil 14 der Kreiskolbenplatte 13, 14 ist, abgedichtet durch einen Quadring, geführt auf einem kreiszylindrischen Fortsatz 7 des Kreiskolbens 1, sodass darin der Kreiskolben 1 axial bewegt werden kann. Beide Teile der Kreiskolbenplatte 13, 14 führen genau dieselbe Kreisbewegung (Orbitbewegung) aus wie der Kreiskolben 1.
Zur absolut zuverlässigen axialen Abdichtung der Arbeitsräume zwischen der Kreiskolbenaussenverzahnung und dem Stator 2 mit seinen Rollen 6 ist zwischen den beiden Teilen der Kreiskolbenplatte 13, 14 eine axial wirkende Kompensationsfläche vorgesehen, die über die Leitungen 18 und 19 mit dem Hochdruck beaufschlagt ist. Beide Teile 13, 14 gleiten auf Schmierfilmdicke weitgehend axialkompensiert auf den Axialflächen des Stators 2 und seinen Rollen 6 und dem Lagerflansch 26, sodass der Reibungsverlust äusserst klein ist. Diese Kompensationsfläche ist rechnerisch sehr sorgfältig dimensioniert und kleine Federn sorgen dafür, dass die beiden Teile der Kreiskobenplatte 13, 14 auch bei Nulldruck stets in axialer Anlage bei den Gegenflächen des Stators 2 und dem Lagerflansch 26 bleiben.
Auf der Seite des Lagerflansches 26 besitzt die linke Seite 14 der Kreiskolbenplatte 13, 14 einen ringförmigen Raum 25 mit geringer Tiefe, ebenfalls als Kompensationsfeld mit entsprechender Dimensionierung zur Verminderung der Reibverluste.
Eine der wichtigsten Forderungen besteht darin, dass der Kreiskolben 1 aus der Minimalschluckmengenposition wieder in die Maximalschluckmengenposition zurückgeführt werden kann, damit zum Anfahren wieder das höchstmögliche Drehmoment zur Verfügung steht. Dazu dienen die axial wirkenden Flächen 24 zwischen dem kreiszylindrischen Fortsatz 7 des Kreiskolbens 1 und der Kreiskolbenaussenverzahnung, wie sie in dem Teilschnitt ”C” der 4 erkennbar sind. Diese sind automatisch zusammen mit der Kompensationsfläche der Kreiskobenplatte 13, 14 vom Hochdruck beaufschlagt und sind in der Lage, auch den Regelkolben 20 wieder in seine Ausgangsposition zu schieben, da der Regeldruck durch die Drossel 21 stark zurückgeführt ist. Die axial wirkenden Federn 31 in den Räumen 24 sorgen dafür, dass bei Nulldruck der Kreiskolben 1 stets in der Stellung der maximalen Schluckmenge steht. Zum Zurückführen des Kreiskolbens 1 wieder in seine Maximalförderposition ist es notwendig, dass das hinter dem Verstellkolben 20 befindliche Ölvolumen durch die Leitung 22 abfliessen kann. In diesem Fall ist die Drossel 21 geschlossen und die Drossel 23 wird geöffnet. Dadurch kann das Öl hinter dem Regelkolben 20 in den Niederdruckbereich abfliessen.
2 zeigt einen Querschnitt entlang der Schnittlinie ”D” durch die 1, sodass das Verdrängungsgetriebe sichtbar ist. Dieses besteht aus dem Stator 2 mit seinen Rollen 6, dem Kreiskolben 1 mit seiner Aussenverzahnung und der Innenverzahnung 5 und die Welle 3 mit Ihrer Aussenverzahnung 4. Hierbei sind auch die Kanäle 16 im Schnitt sichtbar.
3 zeigt einen Teilschnitt entlang der Schnittlinie ”B” in der 1, wobei die Eingriffsverhältnisse des Verstellkolbens 20 mit den Rollen 6 und dem Innendurchmesser des Stators 2 sichtbar sind. Hierbei ist ebenso darauf zu achten, dass das jeweilige Laufspiel nur so gross sein sollte, wie es die axiale Verschiebbarbeit erfordet, um übermäßige Leckage aus den Arbeitkammern zu vermeiden.
4 zeigt die axialen Räume 24 zwischen den Zahnlücken des rechten teils 13 der Kreiskolbenplatte 13, 14 als Teilschnitt entlang der Linie ”C” in der 1.
5 zeigt das Ganze in der Position, bei der der Kreiskolben 1 sich in seiner äußersten linken Lage befindet, wobei das Schluckvolumen der Maschine sein Minimum erreicht hat. Man kann hier erkennen, dass das Ritzel 33 separat auf die Welle montiert ist. Da dieses u. U. ein Verschleißteil ist wegen seiner feinen Verzahnung, muss nur dieses ersetzt werden und nicht die ganze Welle wie bei der bekannten Konstruktion.
6 schließlich zeigt den 1-2-Wegeschieber 32 mit den Positionen ”A” und ”B”. Die Leitung 22 verbindet den Schieber 32 mit dem Verstellkolben 20, die Leitung 18/21 mit dem Hochdruckanschluss und die Leitung 23/31 mit dem Niederdruckraum der Maschine. In der Position ”B” (wie gezeichnet) wird der Kreiskolbenmotor auf Qmin geschaltet, also kleines Drehmoment, hohe Drehzahl. In der Position ”A” wird auf Qmax geschaltet, also hohes Drehmoment und niedrige Drehzahl.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2011/161117 A2 [0001]

Claims

Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine – mit einem Stator (2), der durch Rollen (6) versehen eine Innenverzagnung aufweist. – mit einem Kreiskolben (1), dessen Aussenverzahnung in die Innenverzahnung eingreift und mit den Rollen (6) Arbeitsräume bildet, wobei die Zähnezahldifferenz zwischen den beiden Verzahnungen gleich eins ist, – mit einer zentralen Welle (3) mit einer Aussenverzahnung (4), die in eine Innenverzahnung (5) des Kreiskolbens (1) eingreift, – mit Wälzlager (8) und (9) zur zentralen Lagerung der Welle (3) zum Stator (2), – mit einem scheibenförmigen Drehventil (10) als Kommutator für die Steuerung der Arbeitsräume zwischen dem Kreiskolben (1) und dem Stator (2), – mit einer Kreiskolbenplatte (13, 14), in deren Teil (13) eine Innenverzahnung (27) vorgesehen ist, in die die Aussenverzahnung des Kreiskolbens (1) deckungsgleich und dichtend eingreift, jedoch ein ausreichendes Laufspiel für eine Axialverschiebung besitzt, – mit einem Verstellkolben (20), dessen Aussenverzahnung deckungsgleich und dichtend, jedoch laufspielbehaftet in die Rollen (6) des Stators (2) eingreift, – mit einer Verbindungsleitung (18) vom Hochdruckanschluss (15) zum Verstellkolben (20) mit einer Verstelldrossel (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Kreiskolbenplatte axial gesehen in zwei Teile (13) und (14) geteilt ist und deren axialer Zwischenraum über eine weitere Leitung (19) mit dem Hochdruckanschluss (15) verbunden ist.
Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreiskolben (1) einen kreiszylindrischen Fortsatz (7) aufweist, der die Innenbohrung des axial gesehenen linken Teils (14) der Kreiskolbenplatte (13, 14) axial gleitend eingreift und z. B. durch einen Quardring abgedichtet ist.
Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenliegende Kegelrollenlager (9) in unmittelbarer Nachbarschaft zum Innengetriebe (4, 5) auf der Welle (3) angeordnet ist.
Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zentralliegende Ritzel (33) des Taumelgetriebes (12) zum Antrieb des Drehventils (10) getrennt auf der Welle (3) montiert ist.
Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Drossel (23) vorgesehen ist zum Feineinstellen des Regeldruckes für die Volumenverstellung der Maschine.
Stufenlos regelbare hydrostatische Kreiskolbenmaschine nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseln (21) und (23) durch ein 1-2-Wegeschieberventil (32) ersetzt sind.