DE2839631A1 - HYDROSTATIC UNIT WITH AXIAL PISTON WITH CHANGEABLE DISPLACEMENT - Google Patents
HYDROSTATIC UNIT WITH AXIAL PISTON WITH CHANGEABLE DISPLACEMENTInfo
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Description
"Hydrostatische Einheit mit axialen Kolben mit veränderlichem Hubraum""Hydrostatic unit with axial pistons with variable displacement"
Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Einheit mit axialen Kolben mit veränderlichen Hubvolumen, die geeignet ist, gleichermaßen als Pumpe und als Motor in"geschlossenen"oder"offenen" hydraulischen Kreisläufen zu arbeiten.The invention relates to a hydrostatic unit with axial pistons with variable displacement, which is equally suitable to work as a pump and as a motor in "closed" or "open" hydraulic circuits.
Gegenwärtig sind zwei Arten hydrostatischer Pumpe-Motor-Einheiten mit axialen Kolben bekannt, welche die Möglichkeit aufweisen, den Hubraum und mithin den Förderstrom des hindurchfließenden hydraulischen Fluids zu verändern. Eine erste Art mit sogenanntem "oszillierenden Körper" umfaßt einen Zylinderblock, der zu einer Antriebswelle einen veränderlichen Neigungswinkel einnimmt und an den eine Mitnahmeplatte einer Gruppe pumpender Gelenkkolben angekoppelt ist. Eine zweite Art mit sogenanntem "oszillierendem Teller" umfaßt andererseits einen Zylinderblock, der mit einer Antriebswelle und einer Stützplatte der pumpenden Geffienkkolben fest verbunden ist, wobei diese Platte in veränderlichem Ausmaß zu der Antriebswelle geneigt ist. Ein beiden Arten gemeinsames Merkmal ist, daß die Hubraumänderung erzielt wird durch eine Oszillationsbewegung, die in der Ebene stattfindet, welche die Achse der Antriebswelle und die des Zylinderblocks oder Stütztellers umfaßt, dessen Neigung verändert wird.At present, two types of hydrostatic pump-motor units with axial pistons are known which have the possibility of To change the displacement and therefore the flow rate of the hydraulic fluid flowing through. A first kind with so-called "Oscillating body" comprises a cylinder block which assumes and at a variable angle of inclination to a drive shaft which is coupled to a drive plate of a group of pumping articulated pistons. A second type with so-called "oscillating" Plate "on the other hand comprises a cylinder block which is connected to a drive shaft and a support plate of the pumping Geffienk piston is fixedly connected, this plate being inclined to a variable extent to the drive shaft. Common to both types The feature is that the change in displacement is achieved by an oscillatory movement that takes place in the plane which the Axis of the drive shaft and that of the cylinder block or support plate includes whose inclination is changed.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine hydrostatische Pumpe-Motor-Einheit mit axialen Kolben mit veränderlichem Hubraum zu schaffen, die sich vor allem durch konstruktive Einfachheit, geringen Raumbedarf und geringes Gewicht auszeichnet.The object of the present invention is to provide a hydrostatic pump-motor unit with axial pistons with variable displacement to create, which is characterized above all by constructive simplicity, small space requirements and low weight.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine hydrostatische Einheit mit axialen Kolben gelöst, die eine Antriebswelle umfaßt, welche einteilig oder fest verbunden damit einen Mitnahmeteller für eine Anzahl umfänglich angeordneter pumpender Kolben trägt, einen mit einer Anzahl umfänglich angeordneter paralleler Zylinder versehenen Zylinderblock, in denen die pumpenden Kolben gleitend ange-According to the invention, the object is achieved by a hydrostatic unit solved with axial piston, which includes a drive shaft, which is integral or fixedly connected to it a driver plate for a Number of circumferentially arranged pumping pistons carries, one provided with a number of circumferentially arranged parallel cylinders Cylinder block in which the pumping pistons slide
909812/0984 -3-909812/0984 -3-
ordnet sind und einen Verteilerkörper, der den Zylinderblock frei drehbar um eine eigene Mittelachse trägt und ferner mit Kanälen zur Verbindung der besagten Zylinder versehen ist, zur alternativen Verbindung mit einer Einlaßmündung und einer Auslaßmündung für hydraulisches Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Verteilerkörper auf Befehl um eine Achse drehbar ist, die zu der Achse der Antriebswelle geneigt ist und den Zylinderblock in solcher Weise trägt, daß die Drehachse des letzteren durch den Schnittpunkt der Achsen des Verteilerkörpers und der Antriebswelle geht und ihrerseits zu der Achse des Verteilerkörpers um einen Winkel geneigt ist, der um weniges verschieden ist von dem Winkel, den die Achse des Verteilerkörpers mit der Achse der Antriebswelle bildet, oder geradezu diesem Winkel gleich ist.are arranged and a distributor body, which carries the cylinder block freely rotatable about its own central axis and also with channels for connecting said cylinders, for alternative connection with an inlet port and an outlet port for hydraulic fluid, characterized in that said distributor body is rotatable on command about an axis corresponding to the Axis of the drive shaft is inclined and supports the cylinder block in such a way that the axis of rotation of the latter through the Intersection of the axes of the distributor body and the drive shaft goes and in turn is inclined to the axis of the distributor body at an angle which is slightly different from the angle, the axis of the distributor body with the axis of the drive shaft forms, or is exactly the same as this angle.
Mit änderen Worten ist die hydrostatische Einheit gemäß der Erfindung daher im wesentlichen eine Einheit mit einem Zylinderblock veränderlicher Neigung, wo jedoch die Neigungsänderung und mithin die Hubraumänderung dadurch erzielt wird, daß der Verteilerkörper um die eigene Achse gedreht wird, die zur Achse der Antriebswelle geneigt ist und folglich eine konische Drehung der Achse des Zylinderblocks hervorruft zwischen einer Lage größter Neigung und daher größten Hubraums und einer Lage kleinster Neigung und daher kleinsten Hubraums. Der Wert des kleineten Hubraums hängt ab vom Winkel zwischen der Achse des Zylinderblocks und der Achse des Verteilerkörpers im Verhältnis zum Winkel zwischen der Achse des Verteilerkörpers und der Achse der Antriebswelle.In other words, the hydrostatic unit is according to the invention hence essentially a unit with a cylinder block of variable inclination, but where the inclination change and hence the change in displacement is achieved in that the distributor body is rotated around its own axis, which is the axis of the drive shaft is inclined and consequently causes a conical rotation of the axis of the cylinder block between a position of greatest inclination and therefore largest displacement and a position of the smallest inclination and therefore the smallest Displacement. The value of the smallest displacement depends on the angle between the axis of the cylinder block and the axis of the distributor body in relation to the angle between the axis of the distributor body and the axis of the drive shaft.
Zahlreich sind die Vorteile, die die hydrostatische Einheit gemäß der Erfindung, insbeeondere dank des oben erläuterten Systems der Hubraumveränderung, aufweist.The advantages offered by the hydrostatic unit according to the invention are numerous, in particular thanks to the system of FIG Displacement change, having.
Die wichtigsten Vorteile sind folgende:The main advantages are as follows:
a) Rationellere Änderung des Hubvolumens mit minimalen fortschreitenden Zunahmen an den Enden des Hubs und maximalen Steigerungen in der Mitte des Hubs mit der daraus folgenäen MögllÄhkelt, die hydrostatische Einheit für das abstufbare Anlassen von angetriebenen Gliedern großer Trägheit zu benutzen,a) More rational change in stroke volume with minimal progressive Increases at the ends of the stroke and maximum increases in the middle of the stroke with the consequent possible the hydrostatic unit for the gradual starting of driven ones To use limbs of great indolence,
-U-909812/0984 -U- 909812/0984
283,3631283.3631
n - n -
b) Möglichkeit, das Reaktions-Kräftepaar des Systems auszunutzen, das dem Arbeitsdruck direkt proportionale ist, um einfachere Systeme der Regelung und Kontrolle des Hubvolumens zu erstellen.b) Possibility to use the reaction force couple of the system, that is directly proportional to the working pressure in order to create simpler systems of regulation and control of the stroke volume.
e) Große konstruktive Einfachheit, insbesondere im Fall/In offenem Kreislauf arbeitenden Pumpe.e) Great structural simplicity, especially in the case of / in the open circuit pump.
d) Beschränkung des Raumbedarfs.d) Restriction of space requirements.
e) Beschränkung des Gewichts.e) Weight restriction.
Die Erfindung wird im folgenden anhand des in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment shown schematically in the figures. It shows:
Figur 1: eine hydrostatische Einheit gemäß der Erfindung im Axialschnitt;FIG. 1: a hydrostatic unit according to the invention in axial section;
Figur 2: dieselbe Einheit im Querschnitt längs der L Linie II-II der Figur 1;FIG. 2: the same unit in cross section along the L line II-II of FIG. 1;
Figur 3: dieselbe Einheit im Querschnitt längs der Linie III-III der Figur 1;Figure 3: the same unit in cross section along the Line III-III of Figure 1;
Figuren vereinfachte Wiedergaben der Figuren 1 und 2 j. sur Erläuterung der Arbeitsweise der L ~' -:. ιFigures simplified representations of Figures 1 and 2 j. sur explanation of the operation of the L ~ '- :. ι
hydrostatischen Einheit in Bezug auf die Hubraumänderung.hydrostatic unit in relation to the change in displacement.
Die in den Figuren 1 bis 3 gezeigte hydrostatische Einheit umfaßt ein Außengehäuse 1, in dem durch Lager 2 und 3 eine Antriebswelle drehbar gelagert ist. «Te nachdem, ob die Einheit als Pumpe oder al· Motor betrieben wird, ist sum Ankuppeln an das Außenende (links in Figur 1) der Antriebewelle h ein Antriebsglied oder ein angetriebenes Glied beliebiger Art bestimmt.The hydrostatic unit shown in FIGS. 1 to 3 comprises an outer housing 1 in which a drive shaft is rotatably supported by bearings 2 and 3. "Te on whether the unit is operated as a pump or motor al ·, sum coupling to the outer end (the left in Figure 1) of the drive shaft h a driving member or a driven member of any type determined.
Am Innenende der Welle H litet ein Teller 5 «ur Lagerung und Mitnahme einer Antahl von ueflnglich in Abständen angeordneter Gleitstücke 6, die an Umfang gleitend gegen «ine Heaktlonsplatte 7 anliegen. An Jedem der Gleitstücke 6 1st Jeweils über einen Kugel-At the inner end of the shaft H there is a plate 5 for supporting and driving a number of sliding pieces 6 which are arranged at random intervals and which abut on the circumference in a sliding manner against a Heaktlon plate 7. On each of the sliding pieces 6 there is a spherical
909812/0984 ~5~ 909812/0984 ~ 5 ~
kopf 8 ein pumpender Kolben 9 angelenkt. Jeder Kolben 1st gleitbar in Jeweils einem Zylinder 10 gelagert. Diese sind gegenseitig parallel und in einem Zylinderblock 11 zusammengefaßt. Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, ist jeder Zylinder 10 mit einem Schlitz 16 zum Eintritt und zum Austritt des hydraulischen Mittels versehen, das die hydrostatische Einheit durchfließt.head 8 a pumping piston 9 articulated. Each piston is slidably mounted in a cylinder 10 each. These are mutual parallel and combined in a cylinder block 11. As in the As shown in Figures 1 and 2, each cylinder 10 is provided with a slot 16 for entry and exit of the hydraulic medium provided that flows through the hydrostatic unit.
Der Zylinderblock 11 ist bei 17 an die Vorderseite 13 eines Verteilerkörpers 12 angelenkt, dessen Rückseite 14 gegenüber der Vorderseite geneigt ist, Der Verteilerkörper 12 ist im Innern des Gehäuses 1 derart angeordnet, daß er gesteuert über eine Welle 15 um eine Ahhse B drehbar 1st, die um einen Winkel β gegen die Drehachse C der Antriebswelle 4 geneigt ist. Wie in den Figuren 1 und 4 gezeigt ist, geht die Drehachse A des Zylinderblocks 11 durch den Punkt P, in dem sich die Achsen B und C schneiden, und ist ihrerseits gegen die Achse B um einen Winkelt geneigt, der um wenig größer ist als der Winkel β , so daß bei Änderung der Winkellage des Verteilers 12 in Bezug auf die eigene Drehachse Bv der Zylinderblock 11 eine konische Drehung um die Achse B ausführt und im wesentlichen gleichachsig mit der Antriebswelle 4 gestellt sein kann (diese Stellung ist in den Figuren 4 und 5 mit Strich-Punkt-Linien dargestellt und entspricht dem geringsten Hubvolumen) oder mit ihr einen größten Winkel f =«*■+ /3 einschließen kann (diese Stellung ist mit ausgezogenen Linien in den Figuren 4 und 5 dargestellt sowie in den Figuren 1 und 2 und entspricht dem größten Hubvolumen); oder aber kann er mit der Achse der Antriebswelle einen beliebigen Winkel zwischen dem geringsten und dem höchsten Wert einschließen (diese Stellung ist mit Linien mit einem Stilen und zwei Punkten in Figur 5 dargestellt und entspricht einem Zwischenwert des Hubvolumens).The cylinder block 11 is hinged at 17 to the front side 13 of a distributor body 12, the rear side 14 of which is inclined with respect to the front side. which is inclined at an angle β with respect to the axis of rotation C of the drive shaft 4. As shown in Figures 1 and 4, the axis of rotation A of the cylinder block 11 passes through the point P at which the axes B and C intersect, and is inclined in turn to the axis B by an angle which is slightly greater than the angle β , so that when the angular position of the distributor 12 changes with respect to its own axis of rotation B v, the cylinder block 11 executes a conical rotation about the axis B and can be positioned essentially coaxially with the drive shaft 4 (this position is shown in the figures 4 and 5 shown with dash-dot lines and corresponds to the smallest stroke volume) or can include a largest angle f = «* ■ + / 3 with it (this position is shown with solid lines in FIGS. 4 and 5 and in the figures 1 and 2 and corresponds to the largest stroke volume); or it can include any angle between the lowest and the highest value with the axis of the drive shaft (this position is shown with lines with a style and two points in FIG. 5 and corresponds to an intermediate value of the stroke volume).
Um hydraulisches Mittel dem Zylinderblock 11 zuzuführen, weist der Verteiler 12 ein Paar fast halbkreisförmiger Schlitze 23, 24 (Fifug 2) auf, mit denen die Schlitz« 16 de· Zylinderllocks 11 periodisch im Verlauf der Drehung des Zylinderblock· 11 um dit Achse A in Verbindung treten. Durch geeignete Kanalliierungen 19,20 (vorgesehen im Körper 12 mit geneigter Ebene 13)und 21,22 (vorgesehen, Kfgp*r3, in einer Nabe 18, die den Körper 12 mit der Bedienungewelle 15 verbindet), werden die besagten Sohlitze 23,24 jeweilsIn order to supply hydraulic fluid to the cylinder block 11, the Distributor 12 has a pair of almost semicircular slots 23, 24 (Fifug 2) with which the slots «16 of the cylinder block 11 periodically in the course of the rotation of the cylinder block 11 about the axis A. get in contact. Through suitable channels 19, 20 (provided in the body 12 with inclined plane 13) and 21, 22 (provided, Kfgp * r3, in a hub 18 which connects the body 12 to the operating shaft 15), said sole seats 23,24 are respectively
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mit ringförmigen Kanälen 25,26 (die die Nabe 18 in verschiedenen Höhen umgeben) in Verbindung gesetzt, die ihrerseits mit jeweiligen Eintritts- und Austrittsmündungen für das Mittel 27 bzw. 28 (Figuren 1 und 3) kommunizieren.with annular channels 25,26 (which the hub 18 in different Heights surrounded) in connection, which in turn with respective inlet and outlet openings for the means 27 and 28 (Figures 1 and 3) communicate.
Die Arbeitsweise der in den Zeichnungen dargestellten hydrostatischen Einheit wird nachstehend der Einfachheit halber bei deren Verwendung als Pumpe beschrieben. Nichts ändert sich im Prinzip, wenn die Einheit als Motor verwendet wird.The operation of the hydrostatic unit shown in the drawings will be described below for the sake of simplicity Use as a pump described. In principle, nothing changes when the unit is used as a motor.
Die der Antriebswelle 4 erteilte Drehung erzeugt eine analoge Drehbewegung der Kolben 9 und des Zylinderblocke 11 vub die Achse A des letzteren, mit daraus folgender Pumpwirkung der Kolben 9 auf das betreffende hydraulische Mittel. Letzteres tritt durch eine der Mündungen 27, 28 ein, erreicht den Zylinderblock 11 über die eine oder die andere der beiden Wege 25, 21, 23 und 26, 22,24 und kehrt dann zur jeweils anderen der Mündungen 27, 28 über die andere der Wege zurück.The rotation imparted to the drive shaft 4 produces an analogous rotary movement of the pistons 9 and the cylinder block 11 vub the axis A of the the latter, with the consequent pumping action of the piston 9 on the hydraulic means in question. The latter occurs through one of the Orifices 27, 28, reaches the cylinder block 11 via one or the other of the two paths 25, 21, 23 and 26, 22, 24 and turns then back to the other of the mouths 27, 28 via the other of the paths.
Der Hubraum und mithin die Fördermenge des Mittels (des Fluids) hängt wie bereits gesagt von der gewählten Winkellage des Verteilerkörpers 12 mit schiefer Ebene ab. Wenn es die mit ausgezogener Linie in den Figuren 1, 2, 4 und 5 gezeigte Lage ist, 1st die Neigung der Achse A des Zylinderblocks 11 zur Achse C der Antriebswelle 4 ein Maximum (gleich dem Winkel J*) und mithin ist dann der Hubraum am größten. Wenn die Winkellage des Verteilers 12 und daher der Zylinderblock 11 stattdessen wie mit Strich-Punkt-Linie in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist, ist die Achse A des Zylinderblocks 11 wesentlich mit der Achse C der Antriebswelle 4 fluchtend und der Hubraum ist folglich am kleinsten, wesentlich Null wegen des geringen Unterschieds, z.B. 1 Grad, zwischen cL und β . Wenn · endlich die Winkellage des Verteilers 12 eine beliebige Zwischenlage zwischen den beiden eben genannten Lagen 1st, beispielsweise die mit Strich und zwei Punkten in Figur 5 gezeichnete Lag·, dann wird auch der Hubraum einen beliebigen Zwischenwert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert haben.The displacement and consequently the delivery rate of the medium (the fluid) depends, as already mentioned, on the selected angular position of the distributor body 12 with an inclined plane. If it is the position shown with a solid line in FIGS. 1, 2, 4 and 5, the inclination of the axis A of the cylinder block 11 to the axis C of the drive shaft 4 is a maximum (equal to the angle J *) and therefore the displacement is then the biggest. If the angular position of the distributor 12 and therefore the cylinder block 11 is instead shown as a dash-dot line in FIGS. 4 and 5, the axis A of the cylinder block 11 is essentially aligned with the axis C of the drive shaft 4 and the displacement is consequently at smallest, essentially zero because of the small difference, e.g. 1 degree, between cL and β . If finally the angular position of the distributor 12 is any intermediate position between the two positions just mentioned, for example the position drawn with a line and two dots in FIG. 5, then the displacement will also have any intermediate value between the minimum value and the maximum value.
t^, Ist es öigsj·;^· el» **U«i#r;~3 .-,it dar 909812/0984 t ^, Is it öigsj ·; ^ · el »** U« i # r; ~ 3 .-, it dar 909812/0984
hervorzurufen, ist es möglich, ein beliebiges mit der Welle 15 in Wirkverbindung stehendes Betätigungsmittel zu benutzen. Beispielsweise kann ein von einem hydraulischen Zylinder betätigtes Zahnstangengetriebe oder ein drehender hydraulischer Trieb oder sonst ein Mittel vorgesehen werden.It is possible to create any one with the shaft 15 in To use operatively connected actuating means. For example, a rack and pinion gear actuated by a hydraulic cylinder or a rotating hydraulic drive or otherwise a means to be provided.
Gewünschtenfalls kann auch die Möglichkeit vorgesehen werden, die Furderrichtttnggdes Mittels umzukehren. In diesem Fall wird es genügen, den in den Zeichnungen gezeigten einsinnigen Verteiler mit einem zweieinnigen Verteiler zu ersetzen, der befähigt lsts auf Befehl die Förderrichtunggumzukehren.If desired, the possibility can also be provided of reversing the direction in which the agent is applied. In this case, it will suffice to replace the one-way distributor shown in the drawings with a zweieinnigen distributor which enables the lst s Förderrichtunggumzukehren on command.
Ferner können geeignete Änderungen am Verteiler der in den Zeichnungen gezeigten hydrostatischen Einheit die Möglichkeit geben, als selbstsaugende Einheit im offenen Kreislauf zu arbeiten.In addition, suitable changes to the distributor of the hydrostatic unit shown in the drawings may allow to work as a self-priming unit in an open circuit.
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