DE202019005875U1

DE202019005875U1 - Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine

Info

Publication number: DE202019005875U1
Application number: DE202019005875.3U
Authority: DE
Original assignee: Dana Motion Systems Italia SRL
Current assignee: Dana Motion Systems Italia SRL
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2029-03-21
Also published as: CN214577561U; EP3899270A1; WO2019180071A1; US20210108623A1; EP3543526A1

Abstract

Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine (1), die umfasst:
- einen Zylinderblock (3), der mindestens einen und vorzugsweise eine Vielzahl von Zylinderbaugruppen (45) umfasst, jede mit mindestens einem Zylinder (4) und einem damit zusammenarbeitenden Kolben (5), die dazwischen eine variabelvolumige Kammer (6) definieren, wobei die mindestens eine Zylinderbaugruppe (45) in Umfangsrichtung um eine erste Drehachse (Y2) beweglich ist, wobei bei einer vollständigen Drehung einer Zylinderbaugruppe (45) um die Drehachse (Y2) die Folgenden definiert sind:
ein Ausfahrhalbumfang (See), bei dem der Kolben (5) einem Ausfahrhub von einer unteren Hubendstellung zu einer oberen Hubendstellung folgt, und
ein Rückkehrhalbumfang (Scr), bei dem der Kolben (5) einem Rückkehrhub von einer oberen Hubendstellung zu einer unteren Hubendstellung folgt,
- eine Transmissionswelle (2), die funktional dem Zylinderblock zugeordnet ist und die sich um eine Transmissionsachse (Y1) drehen kann, die auf die Drehachse (Y2) trifft, und
- ein Verteiler (8), der wiederum umfasst:
einen ersten Fluidverteilungskreis mit einem ersten Druck, der einen ersten Verteilungsbogen (81) umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs der Zylinderbaugruppe (45) am ersten Verteilungsbogen (81) mit der variabelvolumigen Kammer (6) von mindestens einer Zylinderbaugruppe (45) in fluidische Verbindung gebracht zu werden, und
einen zweiten Fluidverteilungskreis mit einem vom ersten Druck verschiedenen zweiten Druck, der einen zweiten Verteilungsbogen (82) umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs der Zylinderbaugruppe (45) am zweiten Verteilungsbogen (82) mit der variabelvolumigen Kammer (6) von mindestens einer Zylinderbaugruppe (45) in fluidische Verbindung gebracht zu werden,
wobei sich der erste und der zweite Verteilungsbogen (81, 82) um eine mittige Achse erstrecken, die mit der Drehachse (Y2) übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, dass
die Maschine (1) Winkelversatzmittel (10) umfasst, die funktional dem Verteiler (8) zugeordnet sind, um den ersten und den zweiten Verteilungskreis um die Drehachse (Y2) zu drehen, um so den Ausfahr-(See) und Rückkehrhalbumfang (Scr) im Winkel zum ersten (81) und zweiten Verteilungsbogen (82) zu versetzen, wobei der erste und der zweite Verteilungskreis dazu konfiguriert sind, mit einer ersten Fluidbetriebsleitung mit dem ersten Druck bzw. mit einer zweiten Fluidbetriebsleitung mit dem zweiten Druck stabil verbunden zu werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine.
Der Ausdruck „Hydraulikmaschine“ bezeichnet Vorrichtungen, die die kinetische Energie einer Flüssigkeit in mechanische Energie umwandeln, die mithilfe einer Welle (Hydraulikmotoren) abgenommen wird, oder die umgekehrt die durch die Welle bereitgestellte mechanische Energie in die kinetische Energie einer Flüssigkeit umwandeln (hydraulische Pumpen).
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine, die in dem Fachgebiet als „Schrägachsen“-Motor oder -Pumpe bekannt sind.
Im Einzelnen betrifft die Erfindung eine Hydraulikmaschine gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und ein entsprechendes Verfahren zu ihrer Einstellung, wobei der Ausdruck „Einstellung“ vorzugsweise die Variation der Betriebsparameter und insbesondere die Variation des Hubraums der Maschine bedeutet.
Herkömmliche „Schrägachsen“-Maschinen (Motoren oder Pumpen) umfassen eine Transmissionswelle, die sich um eine erste Drehachse, auch Transmissionsachse genannt, drehen kann. Eine solche Welle dient dazu, die mechanische Arbeit auszuüben, die (bei Pumpen) in der Kompression des Fluids resultiert, oder (bei Motoren) die mechanische Arbeit abzugeben, die durch den Druck des Arbeitsfluids erzeugt wird.
Dazu umfassen solche Maschinen einen Zylinderblock, der sich um eine entsprechende zweite Drehachse drehen kann und zumindest bei Drehung mit der Transmissionswelle verknüpft ist.
Bei Schrägachsenmaschinen sind die erste und die zweite Drehachse nicht miteinander fluchtend (daher der Name „Schrägachse“).
Der Zylinderblock umfasst eine Vielzahl von Zylindern und damit zusammenarbeitenden Kolben, die in Umfangsrichtung um die Drehachse des Zylinderblocks angeordnet sind.
Die Kolben können sich im Wesentlichen zwischen einer oberen Hubendstellung und einer unteren Hubendstellung, die während der Drehung des Zylinderblocks um seine eigene Achse erreicht werden, axial in den Zylindern bewegen.
Jeder Kolben umfasst ein Abschlussende außerhalb des jeweiligen Zylinders, und zwischen jedem Zylinder und dem inneren Abschlussende (entgegengesetzt zum äußeren Abschlussende angeordnet) ist eine Kammer definiert, die dazu vorgesehen ist, das Arbeitsfluid zu enthalten; das Volumen der Kammer ist daher von einem Maximalvolumen (das erreicht wird, wenn sich der Kolben in der oberen Hubendstellung befindet) zu einem Minimalvolumen (das erreicht wird, wenn sich der Kolben in der unteren Hubendstellung befindet) variabel.
Der Eintritt des Arbeitsfluids in die Kammer und der Austritt daraus wird durch eine Zufuhr-/Abflussöffnung erzielt, bei der es sich anforderungsgemäß um einzelne oder mehrere für dieselbe Kammer handeln kann.
Die Erstreckung des Kolbenwegs zwischen der oberen Hubendstellung und der unteren Stellung während der Drehung des Zylinderblocks um seine eigene Achse wird durch ein Anschlagelement erreicht, das zum Zylinderblock weist und von diesem beabstandet ist und bezüglich der Drehachse des Zylinderblocks geneigt ist.
Ein solches Anschlagelement ist faktisch funktional dem freien Abschlussende jedes Kolbens zugeordnet: entsprechend beschreibt ein Kolben bei einer vollständigen Drehung (d. h. 360°) des Zylinderblocks um seine eigene Achse einen vollständigen Hub, der beispielsweise in einer unteren Hubendstellung beginnt, die obere erreicht und zur unteren zurückkehrt.
Es ist anzumerken, dass bei einer vollständigen Drehung des Zylinderblocks um die zweite Achse jeder Kolben die obere Hubendstellung bei einer ersten Winkelstellung des Zylinderblocks und die untere Hubendstellung bei einer zweiten Winkelstellung des Zylinderblocks erreicht: insbesondere wenn der Kolben den Punkt durchläuft, an dem der axiale Abstand zwischen dem Zylinderblock und dem Anschlagelement ein Minimum aufweist, das heißt die untere Hubendstellung, wenn dagegen der Kolben den Punkt durchläuft, an dem der axiale Abstand zwischen dem Zylinderblock und dem Anschlagelement ein Maximum aufweist, das heißt die obere Hubendstellung.
Bei einer Schrägachsenmaschine ist das Anschlagelement mit der Transmissionswelle verbunden, beispielsweise bereitgestellt als eine verbreiterte Platte (oder Flansch) davon, gekoppelt oder einstückig mit der Welle.
Die freien Enden oder Köpfe der einzelnen Kolben sind in angepassten Sitzen in einer solchen Anschlagplatte angeordnet.
Der geometrische Hubraum der Maschine ist definiert als die Summe der einzelnen geometrischen Hubräume der am Zylinderblock montierten Zylinder/Kolben; der einzelne Hubraum wird entsprechend der üblichen Praxis durch das Produkt des Querschnitts der Kammer multipliziert mit dem Hub angegeben.
Um das Zuführen in die Kammern der Kolben und das Abfließen daraus übereinstimmend mit den Betriebsmodi der Maschine zu ermöglichen, umfasst Letztere einen Verteiler, der seinerseits einen Arbeitsfluidverteilungskreis mit hohem Druck und einen Arbeitsfluidverteilungskreis mit niedrigem Druck umfasst.
Solche Verteilungskreise sind funktional mit den Arbeitsfluidleitungen mit hohem und niedrigem Druck verbunden, die sich außerhalb der Hydraulikmaschine befinden und wiederum funktional mit Hochdruck- und Niederdruck-Fluidquellen (z. B. Pumpen, Reservoiren, Versorgungseinrichtungen und dergleichen) verbunden sind.
Jeder Verteilungskreis umfasst eine jeweilige Öffnung, die sich für einen entsprechenden Verteilungsbogen, einen Hochdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen bzw. einen Niederdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen, um die zweite Drehachse erstreckt.
Dazu haben solche Öffnungen eine in Umfangsrichtung geschlitzte Form, im Technikjargon auch als „nierenförmig“ bekannt.
Die Verteilungsplatte ist bezüglich der Drehachse des Zylinderblocks so befestigt, dass während der Drehung des Letzteren die Zufuhr-/Abflussöffnung jeder Kammer in bestimmten Winkelstellungen zum Niederdruck- oder Hochdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen weist: wenn man das Beispiel eines Schrägachsenmotors nimmt und eine Kammer eines Zylinders analysiert, der in einer unteren Hubendstellung beginnt, eine vollständige Drehung von 360° ausführt und zur unteren Hubendstellung zurückkehrt, ist im Grunde ersichtlich, dass die Zylinderkammer erst in Verbindung mit dem Hochdruck-Verteilungsbogen gebracht wird, durch den das Fluid in die Kammer fließt, und das Ausfahren des Kolbens bewirkt und daher die Drehung des Zylinderblocks bis zu einer Winkelstellung des Letzteren gedreht um 180° bezüglich der anfänglichen Winkelstellung, d. h. die obere Hubendstellung; dann wird die Zylinderkammer in Verbindung mit dem Niederdruck-Verteilungsbogen gebracht, und folglich tritt das Fluid höheren Drucks, das in der Kammer enthalten ist, durch die Öffnung des Verteilers aus und der Kolben kann zurückkehren, was die Drehung des Zylinderblocks um weitere 180° bis zur anfänglichen Winkelstellung ermöglicht.
Auf den geometrischen Hubraum der Maschine zurückkommend, bestimmt dies seine Größe und die Möglichkeit des Einsatzes bei verschiedenen Drehzahlen und in bestimmten Betriebsintervallen.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, den geometrischen Hubraum der Maschine innerhalb bestimmter Grenzen zu variieren, um so verschiedene Leistungskurven zu erhalten.
Insbesondere wird die Variation des geometrischen Hubraums (nach dem Stand der Technik) geometrisch erzielt, d. h. durch Variieren des Hubs der Kolben. Bei Maschinen vom „Schrägachsen“-Typ wird die Variation des Hubs der Kolben durch Variieren des bestehenden Winkels zwischen dem Zylinderblock und dem Anschlagelement erzielt.
Auf diese Weise wird das Höchstmaß verändert, das der Kolben in der oberen Hubendstellung erreicht, und damit der Hub des Kolbens und letztlich der geometrische Hubraum der Maschine verringert.
Wenngleich funktional, zeigt diese Lösung zum Ändern des geometrischen Hubraums jedoch einige Beschränkungen.
Eine bekannte Beschränkung hängt mit der mechanischen Ausbeute der Hydraulikmaschine zusammen: wenn der geometrische Hubraum abnimmt, gibt es auch eine wahrnehmbare Reduzierung der mechanischen Ausbeute der Maschine.
Eine andere Beschränkung hängt mit der Umkehrung der Bewegungsrichtung zusammen, die unter manchen Umständen nützlich sein kann: wenn es gewünscht wird, die Drehrichtung des Zylinderblocks faktisch umzukehren, wird es nötig, die Hochdruck- und Niederdruck-Arbeitsfluidleitungen gegenseitig umzukehren, was es notwendig macht, in den Hydraulikkreis mit einer Steigerung seiner Komplexität einzugreifen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine bereitzustellen, die das obige technische Problem löst, die Nachteile beseitigt und die Beschränkungen der bekannten Technik überwindet, wodurch es möglich wird, eine vielseitigere Maschine zu haben.
Im Rahmen dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine bereitzustellen, die immer eine hohe Ausbeute hat, auch wenn der effektive Hubraum gering ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine bereitzustellen, bei der die Umkehrung der Bewegungsrichtung einfach und wirksam erfolgen kann und keine Implementierungen komplexer Kreisläufe erfordert.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, die breitesten Garantien der Zuverlässigkeit und Sicherheit im Gebrauch anzubieten.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine bereitzustellen, die verglichen mit der bekannten Technik einfach zu implementieren und wirtschaftlich wettbewerbsfähig ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine alternative Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine zu Maschinen der bekannten Technik bereitzustellen.
Dieses Ziel und diese und andere Aufgaben, die im Nachfolgenden besser ersichtlich werden, werden durch eine Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine nach dem angehängten ersten Anspruch und wahlweise nach einen oder mehreren der angehängten abhängigen Ansprüche erzielt.
Erfindungsgemäß befindet sich jeder Verteilungsbogen in fluidischer Verbindung mit der variabelvolumigen Kammer von mindestens einer Zylinderbaugruppe während eines Durchgangs dieser Zylinderbaugruppe an mindestens einem Abschnitt des Ausfahr- und Rückkehrhalbumfangs, wobei die Maschine Winkelversatzmittel zum winkligen Versetzen des Ausfahr- und Rückkehrhalbumfangs zum ersten und zweiten Verteilungsbogen umfasst.
Unter Bezugnahme beispielsweise auf den Ausfahrhub eines Kolbens (von der unteren Hubendstellung zur oberen), der während der Drehbewegung des Kolbens um die zweite Drehachse durchgeführt wird, wird durch die Erfindung die variabelvolumige Kammer, die zwischen dem Zylinder und dem Kolben bereitgestellt ist, über einen bestimmten Abschnitt mit dem Niederdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen und über einen anderen (restlichen) Abschnitt mit dem Hochdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen in Verbindung gebracht.
Es ist anzumerken, dass dagegen wie oben beschrieben in der bekannten Technik während des Ausfahrhubs des Kolbens die Kammer immer in Verbindung mit einer einzigen Fluidquelle war (Hochdruck für den Einsatz als Motor und Niederdruck für den Einsatz als Pumpe); wieder in der bekannten Technik war dagegen während des Rückkehrhubs des Kolbens (von der oberen Hubendstellung zur unteren) dessen Kammer immer in Verbindung nur mit einer Fluidquelle (Niederdruck für den Einsatz als Motor und Hochdruck für den Einsatz als Pumpe). Deshalb können wir sagen, dass (nach dem Stand der Technik) während eines Hubs (Ausfahren oder Rückkehr) des Kolbens seine Kammer immer in fluidischer Verbindung mit derselben Verteilungsöffnung (Hoch- oder Niederdruck) steht.
Ein extremer Fall wird durch das Vorhandensein von Förder-„Schlitzungen“ gebildet, d. h. Durchflusskanäle mit reduzierten Querschnitt, die mit den beiden Verteilungsöffnungen verbunden sind; in diesem Fall können Schlitzungen verschiedener Verteilungsöffnungen unmittelbar benachbart sein: wenn bei dieser Lösung die Kammer den Endpunkt einer Schlitzung und den Anfangspunkt der benachbarten Schlitzung durchläuft, was der oberen und der unteren Hubendstellung des Kolbens entspricht, kann es passieren, dass die Kammer lokal und in diesem Moment in Verbindung mit beiden Fluidquellen steht.
Deshalb können wir sagen, dass (nach dem Stand der Technik) während eines Hubs (Ausfahren oder Rückkehr) seine Kammer immer in fluidischer Verbindung mit derselben Verteilungsöffnung (Hoch- oder Niederdruck) steht, ausgenommen bei Schlitzungen, bei denen nur für einen Moment und nahe der Totpunkte beide vorhanden sein können, wenn auch für verschiedene Zwecke.
Dagegen steht bei der Erfindung während eines Hubs (Ausfahren oder Rückkehr) des Kolbens seine Kammer in fluidischer Verbindung mindestens über einen Abschnitt dieses Hubs zuerst mit der einen und dann mit der anderen Verteilungsöffnung (Hoch- oder Niederdruck).
Brillianterweise ermöglicht diese Lösung einen Betrieb, der demjenigen einer Maschine, bei der eine Verringerung des geometrischen Hubraums bewirkt wird, völlig ähnlich ist, aber ohne die damit verbundenen Nachteile.
Mit anderen Worten wird durch die Erfindung eine Verringerung des effektiven Hubraums erzielt, während der geometrische Hubraum konstant gehalten wird.
Konsequenterweise ist ein andere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Einstellen einer Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine, wobei eine Variation des effektiven Hubraums bewirkt wird, während ein geometrischer Hubraum konstant gehalten wird; wahlweise und vorteilhaft wird die Variation des effektiven Hubraums durch einen Winkelversatz zwischen dem Ausfahr- und Rückkehrhalbumfang bezüglich des ersten und zweiten Verteilungsbogens erzielt.
Der Ausdruck „effektiver Hubraum“ wie hier gebraucht bedeutet, dass ein Teil des geometrischen Hubraums, der dem Fluidvolumen entspricht, das bei jeder Drehung der Bewegungstransmissionswelle effektiv von einer Leitung (beispielsweise Niederdruck) zu einer anderen (beispielsweise Hochdruck) übertragen wird.
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden besser ersichtlich aus der Beschreibung zweier bevorzugter, aber nicht ausschließlicher Ausführungsformen einer Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine, die durch ein nichteinschränkendes Beispiel mithilfe der begleitenden Zeichnungen veranschaulicht werden, wobei gilt:

- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine;
- 2 ist eine Querschnittsansicht, die entlang einer Längsebene der Maschine in 1 aufgenommen ist;
- 3 ist eine schematische Draufsicht, die das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Maschine veranschaulicht;
- 4 ist eine Querschnittsansicht eines Teil der Maschine in 1 oder 2;
- 5 ist eine perspektivische Querschnittsansicht des Maschinenteils in 4;
- 6 ist eine perspektivische Explosionsansicht von 5;
- 7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Maschinenteils in 4, das im Querschnitt nicht sichtbar ist.

Auch wenn die Erfindung für verschiedene Änderungen und alternative Konstruktionen geeignet ist, ist eine bevorzugte Ausführungsform in den Zeichnungen gezeigt und nachstehend ausführlich beschrieben.
Es versteht sich jedoch, dass keine Absicht besteht, die Erfindung auf die gezeigte besondere Ausführungsform zu beschränken, sondern es ist im Gegenteil beabsichtigt, alle Veränderungen, alternativen Konstruktionen und Äquivalente abzudecken, die in den in den Ansprüchen definierten Umfang der Erfindung fallen.
Der Gebrauch von „beispielsweise“, „usw.“ und „oder“ gibt nichtauschließliche und nichteinschränkende Alternativen an, sofern nicht anders angegeben.
Der Gebrauch von „enthält“ bedeutet, „enthält, aber nicht darauf beschränkt“, sofern nicht anders angegeben.
Angaben wie „vertikal“ und „horizontal“, „obere“ und „untere“ (bei Abwesenheit anderer Angaben) müssen mit Bezug auf die Montage- (oder Betriebsbedingungen und mit Bezug auf die in der aktuellen Sprache gebrauchte normale Terminologie gelesen werden.
Unter Bezugnahme auf die Figuren zeigen diese eine Ausführungsform der Erfindung, die auf eine Maschine des „Schrägachsen“-Typs angewandt wird, die allgemein mit der Bezugszahl 1 bezeichnet wird.
Im Allgemeinen sind diese Maschinen vom kolbenhydraulischen Typ und sie haben eine Transmissionsachse Y1 und eine Drehachse Y2, die nicht übereinstimmen: die beiden Achsen liegen in derselben Ebene, sind aber gegeneinander geneigt und treffen aufeinander, wie es in 2 ersichtlich ist.
Die Maschine 1 umfasst eine Transmissionswelle 2, die sich um die Transmissionsachse Y1 drehen kann, die bezüglich der Drehachse Y2 geneigt ist. Wenn die Maschine 1 als Motor arbeitet, wirkt die Transmissionswelle 2 als Abtriebswelle, wenn die Maschine 1 dagegen als Pumpe arbeitet, wirkt die Transmissionswelle 2 als Antriebswelle.
Die Maschine 1 umfasst mindestens einen und vorzugsweise eine Vielzahl von Zylinderbaugruppen 45, jede mit mindestens einem Zylinder 4 und einem damit zusammenarbeitenden Kolben 5, die dazwischen eine variabelvolumige Kammer 6 definieren.
Jede Zylinderbaugruppe 45 (eine oder mehr als eine wie in dem beispielhaft gezeigten Fall) ist in Umfangsrichtung um die Drehachse Y2 beweglich. Jede Zylinderbaugruppe 45 ist vorzugsweise Teil eines Zylinderblocks 3, in dem innen die einzelnen Zylinder 4 definiert sind; der Zylinderblock 3 hat einen Aufbau einer im Wesentlichen zylindrischen Form und kann sich um die Drehachse Y2 drehen, die bezüglich des Zylinderblocks 3 mittig angeordnet ist, wobei die Zylinderbaugruppen 45 in einem bestimmten radialen Abstand von der Achse Y2 angeordnet sind; bei dieser Implementierung erzeugt die Drehung des Zylinderblocks 3 um die Achse Y2 eine ähnliche Drehung der einzelnen Zylinderbaugruppen 45 um dieselbe Achse Y2.
Die Transmissionswelle 2 ist zur Transmission der Drehung zwischen der Transmissionsachse Y1 und der Drehachse Y2 funktional dem Zylinderblock 3 zugeordnet; vorzugsweise erfolgt die Kopplung durch die Anschlagplatte 9, die mit Aufnahmen für die freien Enden 50 der Kolben 5 bereitgestellt ist; wir kommen später auf diesen Aspekt zurück.
Während einer vollständigen Drehung einer Zylinderbaugruppe 45 um die Drehachse Y2 werden Folgende definiert:

- ein Ausfahrhalbumfang See, bei dem der Kolben 5 einem Ausfahrhub von einer unteren Hubendstellung zu einer oberen Hubendstellung folgt,
- ein Rückkehrhalbumfang Scr, bei dem der Kolben 5 einem Rückkehrhub von einer oberen Hubendstellung zu einer unteren Hubendstellung folgt.

Die Maschine 1 umfasst ferner einen Verteiler 8, der ausgestattet ist mit:

- einem ersten Verteilungskreis eines Fluids mit einem ersten Druck, der einen ersten Verteilungsbogen 81 umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs dieser Baugruppe am ersten Verteilungsbogen 81 mit der variabelvolumigen Kammer 6 von mindestens einer Zylinderbaugruppe 45 in fluidische Verbindung gebracht zu werden, und
- einem zweiten Verteilungskreis eines Fluids mit einem vom ersten Druck verschiedenen zweiten Druck, der einen zweiten Verteilungsbogen 82 umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs dieser Baugruppe am zweiten Verteilungsbogen 82 mit der variabelvolumigen Kammer 6 von mindestens einer Zylinderbaugruppe 45 in fluidische Verbindung gebracht zu werden.

Der erste und der zweite Verteilungsbogen 81 und 82 erstrecken sich um eine mittige Achse, die entlang jeweiliger separater Winkelabschnitte des Verteilers 8 mit der Drehachse Y2 übereinstimmt.
Detailansichten des Verteilers 8, im Querschnitt und sonstige, sind in den 4 bis 6 dargestellt, während eine schematische Draufsicht in 3 zu sehen ist.
Wie im Beispiel in den begleitenden Zeichnungen, umfassen die Verteilungsbögen 81 und 82 vorzugsweise jeweils eine einzelne geschlitzte Verteilungsöffnung 81A beim ersten Bogen und 82A beim zweiten Bogen; deshalb stimmen bei der gezeigten nichteinschränkenden Ausführungsform die Verteilungsbögen 81 und 82 mit den entsprechenden Verteilungsöffnungen 81A und 82A überein.
Bei nicht gezeigten alternativen Ausführungsformen umfasst jeder Verteilungsbogen (oder mindestens einer davon) eine Vielzahl von Öffnungen, die verteilt sind und den jeweiligen Verteilungsbogen bilden.
Die variabelvolumige Kammer 6 umfasst eine Zufuhr-/Abflussöffnung 7, die zum Verteiler 8 weist, so dass sie sich während der Bewegung der entsprechenden Zylinderbaugruppe 45 abwechselnd zu einem oder dem anderen Bogen 81, 82 und/oder dessen Öffnungen 81A, 82A öffnet.
Bei der Maschine 1 steht jeder Verteilungsbogen 81, 82 in fluidischer Verbindung mit der variabelvolumigen Kammer 6 von mindestens einer Zylinderbaugruppe 45 während eines Durchlaufs dieser Zylinderbaugruppe 45 an mindestens einem Abschnitt des Ausfahr- und Rückkehrhalbumfangs.
Dazu umfasst die Maschine 1 Winkelversatzmittel 10, die funktional dem Verteiler 8 zugeordnet sind, um den ersten und den zweiten Verteilungskreis um die Drehachse Y2 zu drehen, um so den ersten 81 und den zweiten Verteilungsbogen 82 im Winkel zum Ausfahr- See und Rückkehrhalbumfang Scr zu versetzen.
Vorteilhaft sind der erste und der zweite Verteilungskreis dazu konfiguriert, mit den jeweiligen Betriebsleitungen (nicht gezeigt) für den Durchfluss des Fluids mit den ersten und dem zweiten Druck stabil verbunden zu werden.
Der Ausdruck „stabil verbunden“ bedeutet, dass der erste und der zweite Verteilungskreis so ausgelegt sind, dass sie unabhängig von der Winkelkonfiguration, die vom Verteiler 8 eingenommen wird, durch die Drehung, die durch das Versatzmittel 10 um die Drehachse Y2 vermittelt wird, mit den jeweiligen Betriebsleitungen in fluidischer Verbindung bleiben, d. h. um die Verteilungskreise während einer vollständigen 360°-Drehung des Verteilers 8 um die Drehachse Y2 in fluidischer Verbindung mit den jeweiligen Betriebsleitungen zu halten.
Die Winkelversatzmittel 10 sind mit dem Verteiler 8 verbunden.
Die Versatzmittel 10 bei der veranschaulichten bevorzugten und nichteinschränkenden Ausführungsform bedingen ein Antriebsmittel, das mit einem Kolbenbolzen 101 versehen ist und sich um die Drehachse Y2 dreht und mit einem Körper 80 des Verteilers 8 drehfest verbunden ist. Ein solches Antriebsmittel ist vorzugsweise ein Elektromotor oder alternativ ein Hydraulikmotor oder bei besonders vereinfachten Lösungen sogar ein manueller Kurbelantrieb.
Der Kolbenbolzen 101 und der Verteiler 8 können sich im Innern des Körpers oder Gehäuses 23 der Maschine 1 zusammen um die Drehachse Y2 drehen.
Insbesondere umfasst der Körper 23 einen Bund 233, der am Körper 23 befestigt (oder einstückig mit diesem) ist und in dessen Inneren der Körper 80 des Verteilers 8 gelagert ist, so dass er sich um die Drehachse Y2 drehen kann. Der Körper 80 umfasst an seinen gegenüberliegenden freien Enden einen im Wesentlichen zylindrischen Schaft 801 und einen Flansch 802, der zum Zylinderblock 3 gerichtet ausgelegt ist.
Die Verteilungsöffnungen 81A und 82A sind am Flansch 802 definiert, an dessen Seite, die zur Zylinderbaugruppe gerichtet ist.
Ein erster und ein zweiter Fluidgang 231 und 232, die bezüglich des Verteilers 8 festgelegt sind, werden in einem solchen Bund 233 zur Verbindung mit der ersten bzw. zweiten Betriebsleitung bereitgestellt.
In größerer Ausführlichkeit umfasst der erste Verteilungskreis den ersten Verteilungsbogen 81 mit der entsprechenden ersten Verteilungsöffnung 81A, wobei ein erster Kanal 811 innen im Körper 80 des Verteilers 8 verläuft und sich vom ersten Bogen bis zu einem ersten Durchlass 812 erstreckt, um eine fluidische Verbindung mit dem ersten Gang 231 herzustellen, der sich an einer Seitenwand des Schafts 801 öffnet. Vorzugsweise weist der erste Kanal 811 eine Längserstreckung durch den Körper 80 auf.
Vorteilhaft werden der erste Durchlass 812 und der erste Gang 231 durch eine erste ringförmige Kammer 813 in Verbindung gebracht, die sich um die Drehachse Y2 über einen Winkel von 360° erstreckt.
Vorzugsweise sind der erste Durchlass 812 und der erste Gang 231 radial zueinander weisend angeordnet, so dass die erste Kammer 813 direkt zwischen ihnen angeordnet ist; auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich der Gang 231 unabhängig von der Drehung des Verteilers um die Achse Y2 immer in fluidischer Verbindung (daher stabil) mit der Öffnung 81 befindet.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die erste Kammer 813 durch eine ringförmige Nut definiert, die an der Seitenwand des Schafts 801 bereitgestellt ist. Die Möglichkeit, dass die erste Kammer vollständig oder teilweise durch eine innen im Bund 233 definierte Nut definiert sein könnte, ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Der zweite Verteilungskreis umfasst wiederum den zweiten Verteilungsbogen 82 mit der entsprechenden zweiten Verteilungsöffnung 82A, wobei ein zweiter Kanal 821 innen im Körper 80 des Verteilers 8 verläuft und sich vom zweiten Bogen bis zu einem zweiten Durchlass 822 erstreckt, um eine fluidische Verbindung mit dem zweiten Gang 232 herzustellen, der sich an einer Seitenwand des Schafts 801 öffnet. Vorzugsweise weist der zweite Kanal 821 eine Längserstreckung durch den Körper 80 auf.
Vorteilhaft werden der zweite Durchlass 822 und der zweite Gang 232 durch eine zweite ringförmige Kammer 823 in Verbindung gebracht, die sich um die Drehachse Y2 über einen Winkel von 360° erstreckt.
Vorzugsweise sind der zweite Durchlass 822 und der zweite Gang 232 radial zueinander weisend angeordnet, so dass die zweite Kammer 823 direkt zwischen ihnen angeordnet ist; auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich der Gang 232 unabhängig von der Drehung des Verteilers um die Achse Y2 immer in fluidischer Verbindung (daher stabil) mit der Öffnung 82 befindet.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die zweite Kammer 823 durch eine ringförmige Nut definiert, die an der Seitenwand des Schafts 801 bereitgestellt ist. Die Möglichkeit, dass die zweite Kammer vollständig oder teilweise durch eine innen im Bund 233 definierte Nut definiert sein könnte, ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Es ist anzumerken, dass die Öffnungen 812 und 822 und die entsprechenden ringförmigen Kammern 813 und 823 vorzugsweise an der Außenseite des Schafts 801 bereitgestellt sind, (entlang der Achse Y2) axial versetzt, um sich gegenseitig nicht zu stören.
Im Grunde ist zwischen dem Körper des Verteilers 80 und dem Bund 33 eine Form einer Zweiwege-Hydraulikkupplung definiert.
Zwischen der Seitenwand des Körpers 80 und der Innenwand des Bunds 233 sind Dichtringe 803 in regelmäßigen Abständen zwischen den Kammern 813 und 823 beabstandet angebracht.
Genauso ist eine Flachdichtung 235 zwischen den Flansch 802 und dem entsprechenden Anschlagsitz 234 am Bund 233 angeordnet.
Angenommen, dass jeder Verteilungsbogen mit einer anderen Arbeitsfluidquelle verbunden ist, beispielsweise mit einer Hochdruck-Fluidquelle für den Bogen 82 und eine Niederdruckquelle für den Bogen 81, folgt daraus, dass durch Versetzen des Verteilers 8 in Drehung zu einer Stellung, in der der Verteilungsbögen nicht mit dem Ausfahr- oder Rückkehrhalbumfang übereinstimmen:

- während der Ausfahrphase des Kolbens (Halbumfang See), beginnend vom Totpunkt oder von der unteren Hubgrenze FCI, ist die variabelvolumige Kammer 6 offen: erst zum Hochdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen 82 und dann zum Niederdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen 81
- während der Rückkehrphase des Kolbens (Halbumfang Scr), beginnend vom Totpunkt oder von der oberen Hubgrenze FCS, ist die variabelvolumige Kammer 6 offen: erst zum Niederdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen 81 und dann zum Hochdruck-Arbeitsfluidverteilungsbogen 82.

Dieser relative Versatz bedeutet, dass sich die Maschine 1, obwohl sie ihren geometrischen Hubraum nicht variiert, wie eine Maschine mit kleinerem Hubraum verhält.
Es ist nebenbei und unter Bezugnahme auf die schematische 3 anzumerken, dass bei Maschinen nach der bekannten Technik ein bestimmter Verteilungsbogen (81 oder 82) im Wesentlichen mit einem einzelnen Halbumfang (See oder Scr) übereinstimmte oder ihn in jedem Fall vollkommen überlagerte, besonders wenn die extremen Fälle in Zusammenhang mit den Schlitzungen ausgenommen sind; bei herkömmlichen Maschinen war die Verteilung faktisch in der Phase auf den Hub (Ausfahren oder Rückkehr) des Kolbens abgestimmt, und um die Leistungsniveaus des Motors (oder der Pumpe) zu variieren, war es notwendig, den geometrischen Hubraum zu variieren.
Dagegen wird bei der vorliegenden Erfindung der Hub des Kolbens konstant gehalten und eine Variation der Betriebsparameter der Maschine wird dadurch erzielt, indem die Verteilungsbögen 81 und 82 bezüglich der Hübe (Ausfahren oder Rückkehr) des Kolbens versetzt werden; somit wird der effektive Hubraum variiert, während der geometrische Hubraum konstant bleibt.
Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung durch Drehen des Verteilers 8 um einen Winkel von 180° möglich, eine Umkehrung der Drehrichtung der Maschine 1 zu erzielen.
Insbesondere wird beim Durchgang der Zylinderbaugruppe 45 an mindestens einem von dem Ausfahrhalbumfang See oder dem Rückkehrhalbumfang Scr die variabelvolumige Kammer 6 zuerst mit einem Abschnitt eines Verteilungsbogens und dann mit einem Abschnitt des anderen Verteilungsbogens in fluidische Verbindung gebracht.
Bei der Maschine 1 wird beim Durchgang der Zylinderbaugruppe 45 an mindestens einem von dem Ausfahr- oder dem Rückkehrhalbumfang die variabelvolumige Kammer 6 zuerst mit einem Abschnitt eines Verteilungsbogens und dann mit einem Abschnitt des anderen Verteilungsbogens 81, 82 in fluidische Verbindung gebracht (oder wahlweise alternativ kann gebracht werden).
Der Zylinderblock 3 der mindestens einen Zylinderbaugruppe 45 kann sich um die Drehachse Y2 drehen und ist mit der Transmissionswelle 2 drehfest verbunden dadurch, dass die Sitze der Köpfe 50 (freien Enden) der Kolben 5 in besonderen Vertiefungen untergebracht sind, die an einer verbreiterten Basis der Welle 2 bereitgestellt sind, die in diesem Fall die Anschlagplatte 9 bereitgestellt, die gegenüber dem Zylinderblock 3 geneigt ist. Bei alternativen Ausführungsformen (nicht gezeigt) ist die Platte 9 eine separate Komponente zur Welle 2, mit der sie zumindest in Drehung gekoppelt ist.
Hinsichtlich des Zylinderblocks 3 ist in diesem Fall ebenfalls jede Zylinderbaugruppe 45 parallel zur Drehachse Y2 integral daran montiert.
Jede Zylinderbaugruppe 45 erstreckt sich zwischen dem Zylinderblock 3 und der Anschlagplatte 9, um so das Ausfahren oder die Rückkehr des Kolbens 5 im Zylinder 4 in Abhängigkeit vom axialen Abstand zwischen dem Zylinderblock 3 und der Anschlagplatte 9 zu bewirken.
Wie oben beschrieben, sind die Winkelversatzmittel 10 dazu ausgelegt, den Verteiler 8 um die Drehachse Y2 drehend zu betätigen und somit auch seine Winkelausrichtung zur Anschlagplatte 9 zu ändern.
Nun zur Analyse der variabelvolumigen Kammer 6, umfasst diese eine Zufuhr-/Abflussöffnung 7, die zum Verteiler 8 gerichtet ist, so dass sie bei Drehung der Baugruppe 45 zum ersten 81 oder zweiten Verteilungsbogen 82 weist, sich in ihn öffnet und den Eintritt/Austritt des Arbeitsfluids von der/in die erste/zweite Betriebsleitung in die/aus der Kammer 6 ermöglicht.
Deshalb betrifft die Erfindung, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist und abgeleitet wird, auch ein Verfahren zum Einstellen einer Hydraulikmaschine 1 in solch einem Verfahren, dass eine Variation des effektiven Hubraum der Maschine 1 bewirkt wird, während der geometrische Hubraum konstant gehalten wird.
Vorzugsweise wird die Variation des effektiven Hubraums durch einen Winkelversatz zwischen dem Ausfahr- See, See' und Rückkehrhalbumfang Scr, Scr' bezüglich des ersten 81 und zweiten Verteilungsbogens 82 erzielt.
Die so erdachte Maschine ist für zahlreiche Modifikationen und Variationen geeignet, die allesamt in den Umfang der angehängten Ansprüche fallen. Darüber hinaus können alle Details durch andere technisch äquivalente Elemente ersetzt werden.
In der Praxis können die eingesetzten Materialien, vorausgesetzt, dass sie kompatibel mit dem spezifischen Gebrauch sind, und die dadurch bedingten Abmessungen und Formen beliebige entsprechend den Anforderungen sein.
Die Offenbarungen in der europäischen Patentanmeldung Nr. 18425015.7, aus der die Anmeldung Priorität beansprucht, sind durch Bezugnahme hierin eingeschlossen.
Wenn auf technischen Merkmale, die in einem Anspruch genannt sind, Bezugszeichen folgen, wurden die Bezugszeichen nur zum Zweck der Erhöhung der Verständlichkeit der Ansprüche aufgenommen und demnach haben die Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf die Deutung jedes Elements, das beispielhaft durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet ist.

Claims

Schrägachsen-Axialkolbenhydraulikmaschine (1), die umfasst: - einen Zylinderblock (3), der mindestens einen und vorzugsweise eine Vielzahl von Zylinderbaugruppen (45) umfasst, jede mit mindestens einem Zylinder (4) und einem damit zusammenarbeitenden Kolben (5), die dazwischen eine variabelvolumige Kammer (6) definieren, wobei die mindestens eine Zylinderbaugruppe (45) in Umfangsrichtung um eine erste Drehachse (Y2) beweglich ist, wobei bei einer vollständigen Drehung einer Zylinderbaugruppe (45) um die Drehachse (Y2) die Folgenden definiert sind: ein Ausfahrhalbumfang (See), bei dem der Kolben (5) einem Ausfahrhub von einer unteren Hubendstellung zu einer oberen Hubendstellung folgt, und ein Rückkehrhalbumfang (Scr), bei dem der Kolben (5) einem Rückkehrhub von einer oberen Hubendstellung zu einer unteren Hubendstellung folgt, - eine Transmissionswelle (2), die funktional dem Zylinderblock zugeordnet ist und die sich um eine Transmissionsachse (Y1) drehen kann, die auf die Drehachse (Y2) trifft, und - ein Verteiler (8), der wiederum umfasst: einen ersten Fluidverteilungskreis mit einem ersten Druck, der einen ersten Verteilungsbogen (81) umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs der Zylinderbaugruppe (45) am ersten Verteilungsbogen (81) mit der variabelvolumigen Kammer (6) von mindestens einer Zylinderbaugruppe (45) in fluidische Verbindung gebracht zu werden, und einen zweiten Fluidverteilungskreis mit einem vom ersten Druck verschiedenen zweiten Druck, der einen zweiten Verteilungsbogen (82) umfasst, der dazu konfiguriert ist, während eines Durchgangs der Zylinderbaugruppe (45) am zweiten Verteilungsbogen (82) mit der variabelvolumigen Kammer (6) von mindestens einer Zylinderbaugruppe (45) in fluidische Verbindung gebracht zu werden, wobei sich der erste und der zweite Verteilungsbogen (81, 82) um eine mittige Achse erstrecken, die mit der Drehachse (Y2) übereinstimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (1) Winkelversatzmittel (10) umfasst, die funktional dem Verteiler (8) zugeordnet sind, um den ersten und den zweiten Verteilungskreis um die Drehachse (Y2) zu drehen, um so den Ausfahr-(See) und Rückkehrhalbumfang (Scr) im Winkel zum ersten (81) und zweiten Verteilungsbogen (82) zu versetzen, wobei der erste und der zweite Verteilungskreis dazu konfiguriert sind, mit einer ersten Fluidbetriebsleitung mit dem ersten Druck bzw. mit einer zweiten Fluidbetriebsleitung mit dem zweiten Druck stabil verbunden zu werden.
Hydraulikmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die variabelvolumige Kammer (6) beim Durchgang der Zylinderbaugruppe (45) an mindestens einem von dem Ausfahr- oder Rückkehrhalbumfang entlang zuerst mit einem Abschnitt eines Verteilungsbogens und dann mit einem Abschnitt des anderen Verteilungsbogens (81, 82) in fluidische Verbindung gebracht wird.
Hydraulikmaschine (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Winkelversatzmittel (10) ein Antriebsmittel zur Drehbetätigung umfassen, das mit dem Verteiler (8) gekoppelt ist, um ihn bezüglich des Zylinderblocks (3) um die Drehachse (Y2) zu drehen.
Hydraulikmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Verteilungsbogen (81) und der zweite Verteilungsbogen (82) jeweils eine gekrümmte geschlitzte Öffnung umfassen, die sich um die Drehachse (Y2) erstreckt, und wobei der erste Verteilungsbogen (81) ein Arbeitsfluidverteilungsbogen mit einem ersten Druck ist und der zweite Verteilungsbogen (82) ein Arbeitsfluidverteilungsbogen mit einem vom ersten Druck verschiedenen zweiten Druck ist.
Hydraulikmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die variabelvolumige Kammer (6) eine Zufuhr-/Abflussöffnung (7) umfasst, die zum Verteiler (8) weist, um zu dem ersten (81) oder dem zweiten Verteilungsbogen (82) geöffnet zu werden.
Hydraulikmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionswelle (2) eine Anschlagplatte (9) des Kopfes (50) des Kolbens (5) der mindestens einen Zylinderbaugruppe (45) umfasst, wobei der Verteiler (8) und die Anschlagplatte (9) dazu fähig sind, sich bezüglich einander um die Drehachse (Y2) zu drehen.
Hydraulikmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die so konfiguriert ist, dass der Winkelversatz des Ausfahr- (See) und Rückkehrhalbumfangs (Scr) zum ersten (81) und zweiten Verteilungsbogen (82) eine Variation des effektiven Hubraums bewirkt.
Hydraulikmaschine (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Körper (23) umfasst, der mit einem Bund (233) versehen ist, in dem innen der Verteiler (8) gelagert ist, so dass er sich um die Drehachse (Y2) drehen kann, wobei innen im Bund (233) ein erster und ein zweiter Fluidgang (231, 232) für ein Inverbindungbringen mit der ersten bzw. mit der zweiten Betriebsleitung definiert ist.
Hydraulikmaschine (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder von dem ersten und zweiten Verteilungskreis einen jeweiligen ersten oder zweiten Kanal (811, 821) umfasst, der innen im Verteiler (8) verläuft und sich für ein Inverbindungbringen mit dem ersten oder zweiten Gang (231, 232), der sich seitlich zum Verteiler öffnet, vom ersten oder zweiten Verteilungsbogen (81, 82) zu einem ersten oder zweiten Durchlass (812, 822) erstreckt.
Hydraulikmaschine (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ringförmige Kammer (813, 823) umfasst, die zwischen jedem von dem ersten oder zweiten Durchlass (812, 822) und dem jeweiligen ersten oder zweiten Gang (231, 232) angeordnet ist, wobei sich die ringförmige Kammer (813, 823) um einen vollständigen Umfang erstreckt, der auf der Drehachse (Y2) zentriert ist.
Hydraulikmaschine (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Kammern (813, 823) durch jeweilige ringförmige Nuten definiert sind, die auf dem Verteiler (8) bereitgestellt sind und axial versetzt angeordnet sind.